Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/48370
Type: Tese
Title: Mecanismos biofísicos do efeito excitatório de receptores metabotrópicos de glutamato do grupo I em neurônios do Locus Coeruleus
Authors: Jennifer Diniz Soares Guimarães
First Advisor: Christopher Kushmerick
First Referee: Jader dos Santos Cruz
Second Referee: Francisco Walber Ferreira da Silva
Third Referee: Luciane Helena Gargaglioni Batalhão
metadata.dc.contributor.referee4: Glauber dos Santos Ferreira da Silva
Abstract: Receptores metabotrópicos de glutamato (mGluR) exercem papel importante na modulação da excitabilidade celular e da plasticidade neuronal em diferentes núcleos do Sistema Nervoso Central (SNC). A ativação destes receptores pode envolver canais iônicos e proteínas de transporte, porém os perfis de proteínas reguladas por esta ativação são diversos e não completamente entendidos. Estudos prévios descreveram a ação de receptores mGluR dos grupos II e III em neurônios do Locus Coeruleus (LC), mas não exploraram os impactos da ativação do grupo I. Recentemente, nós identificamos que a ativação de receptores metabotrópicos de glutamato do grupo I (mGluR-I) nos neurônios do LC promove a despolarização do potencial de membrana e o aumento da frequência de disparos espontâneos. Neste estudo, investigamos as alterações no transporte de membrana responsáveis pelas alterações na excitabilidade. Experimentos Whole-cell voltage clamp (Vm =-60 mV) foram realizados em fatias horizontais de 200 µm do tronco encefálico de ratos Wistar neonatos. A ativação de mGluR-I, utilizando pulsos locais e breves (10 ms) do agonista seletivo (S)-3,5-dihidroxyphenylglicina (DHPG) gerou uma corrente de entrada transiente de -24.0 ± 7.6 pA (n=39). Esta corrente não foi bloqueada pela presença conjunta de inibidores para os receptores AMPA (CNQX, 10 µM), NMDA (MK-801, 10 µM), GABAérgicos (picrotoxina, 25 µM) e glicinérgicos (estricnina, 5 µM), nem tampouco pelo bloqueio de canais NaV sensíveis a tetrodotoxina (1 μM). Investigamos a base iônica da corrente mGluR-I através de protocolos de rampa em voltage clamp e calculamos a corrente resultante como a diferença (DHPG-Controle). A relação I-V para esta corrente exibiu pouca dependência de voltagem na faixa entre -100 mV e -50 mV, não sendo observada a redução na corrente para valores de Vm próximos do potencial de equilíbrio para K+ . Em experimento complementar, utilizamos Cs+ como cátion principal da solução de pipeta ao invés do K+ e não foram observadas diferenças significativas na amplitude da corrente promovida por DHPG. A participação de canais TRPC foi investigada utilizando o antagonista seletivo SKF96365 (50 µM) que não reduziu de forma significativa a corrente promovida por DHPG. O envolvimento de canais de Ca2+ do tipo LVA, canais de Ca2+ do tipo HVA e do trocador Na+ /Ca2+ foi testado observando a amplitude da corrente mGluR-I em diferentes concentrações de Ni2+ . A inibição foi concentração dependente com o valor de IC50= 0.9 ± 0.09 mM. Concentrações menores, suficientes para bloquear canais de Ca2+ do tipo LVA, exibiram pouco ou nenhum efeito na amplitude da corrente gerada pelo DHPG. Enquanto que, concentrações maiores, que adicionalmente bloqueiam canais de Ca2+ do tipo HVA e o trocador Na+ /Ca2+, inibiram quase completamente a corrente observada. A participação de canais de Ca2+ do tipo HVA e especificamente a família dos canais de Ca2+ do tipo L foi testada utilizando Cd2+ (100 µM) e diidropiridinas (nifedipina, 100 µM e nimodipina, 5 µM), respectivamente. Na presença destes bloqueadores a corrente gerada pelo DHPG foi inibida parcialmente. A contribuição do trocador Na+ /Ca2+ foi investigada com a substituição do Na+ pela colina na solução extracelular. A alteração no gradiente químico do Na+ também reduziu a amplitude da corrente observada. Juntos, esses dados indicam que: i) A intensidade da corrente observada pela aplicação local de DHPG corresponde ao efeito excitatório destes receptores observado nos estudos anteriores, tendo em vista a amplitude gerada pelo agonista; ii) A ativação dos receptores mGluR-I ocorre diretamente nos neurônios LC, promovendo uma corrente de entrada no potencial de repouso; iii) Diferente de outros sistemas como células de purkinje e neurônios do núcleo medial do corpo trapezoide (MNTB) onde receptores mGluR-I podem agir através de canais KIR, BK ou SK, nos neurônios LC a ativação com agonista DHPG não modula condutâncias seletivas para K+ ; iv) O mecanismo biofísico envolvido corresponde a uma combinação da ação em canais Ca2+ do tipo L e a corrente eletrogênica do trocador Na+ /Ca2+ . Este trabalho estende o conhecimento do mecanismo de atuação do mGluR no LC, complementando os dados da literatura e mostrando que a ativação deste receptor atua de maneira distinta comparado com outros neurônios do tronco encefálico.
Abstract: Metabotropic glutamate receptors (mGluR) mediate important roles in cellular excitability and plasticity in several regions of the nervous system. The activation of these receptors may involve ion channels and membrane transporters however the protein profile behind these changes are diverse and remain incompletely understood. In Locus Coeruleus neurons (LC), previous studies have shown the impact of group II and III mGluR activation, but the impact of activation of group I remains unclear. Recently, we identified that activation of group I metabolic glutamate receptors (mGluR-I) in Locus Coeruleus neurons causes an inward current and increases firing rate of pre-existing spontaneous action potentials. The present study investigates the membrane transport mechanisms behind these changes in excitability. Experiments under whole-cell voltage clamp (Vm = -60 mV) were conducted in horizontal slices (200 μM) of brainstem from Wistar rats. The activation of mGluR-I with the selective agonist (S)-3,5-dihydroxyphenylglycine (DHPG) by local and brief (10 ms) pulsatile application generated transient inward currents of -24.0 ± 7.6 pA (n=39). This current was not inhibited by the combined presence of inhibitors for AMPA (CNQX, 10 μM), NMDA (MK801, 10 μM), GABAergic (picrotoxin, 25 μM) and glycinergic (strychnine, 10 μM) receptors, nor by the neuronal NaV blocker, tetrodotoxin (1 μM). We investigated the ionic basis of the mGluR-I current through ramp protocols under voltage clamp and calculated the mGluR-I current from the difference (DHPG - Control). The I-V relation for this current exhibited little voltage dependence in the range -100 mV to -50 mV, with no decrease as Vm approached the K+ equilibrium potential. In related experiments, we used Cs+ as the principal cation in the pipette solution instead of K+ and we did not observe a significant difference in the amplitude of the current evoked by DHPG. The participation of TRPC channels was tested using the selective antagonist SKF96365 (50 µM), which did not significantly reduce the mGluR-I current. The involvement of the Na+ /Ca2+ exchanger and, LVA and HVA Ca2+ channels were tested by observing the reduction of DHPG current in the presence of different concentrations of Ni2+. The inhibition of DHPG current by Ni2+ was concentration dependent with IC50= 0.9 ± 0.09 mM. Lower concentrations of Ni2+, which selectively inhibit LVA Ca2+ channels, exhibited little or no effect. In contrast, higher concentrations of Ni2+, which additionally inhibit HVA Ca2+ channels and the Na+ /Ca2+ exchanger, blocked almost all of the DHPG current. The involvement of HVA Ca2+ channels and specifically L-type Ca2+ channels were tested with Cd2+ (100 µM) and dyhidropirydines (nifedipine, 100 µM and nimodipine, 5 µM), respectively. With these blockers the mGluR-I current was partially inhibited. The Na+ /Ca2+ exchanger was tested replacing extracellular Na+ by choline. The changes in gradient reduced the amplitude of DHPG current. Taking together, these data indicate: i)The intensity of the current observed with local application of DHPG, matches the depolarization effects of these receptors reported in our previous study, considering the current amplitude; ii) Activation of group I mGluR receptors occurs directly on LC neurons, generating an inward current at the resting potential; iii) Unlike other neuronal systems in which Group I mGluR may act through KIR, BK or SK channels, in the LC activation with DHPG did not require changes in K+ conductance; iv) The biophysical mechanism probably involved the combination of L-Type Ca2+ channels and the Na+ /Ca2+ exchanger. Our findings extend the knowledge about mGluR-I action on LC neurons complementing the existing literature and shows that activation of mGluR-I in the LC acts distinctly compared to other neurons in the brainstem.
Subject: Fisiologia
Receptores de Glutamato Metabotrópico
Locus Cerúleo
Canais de Cálcio
Trocador de Sódio e Cálcio
Técnicas de PatchClamp
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA E BIOFÍSICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas - Fisiologia e Farmacologia
Rights: Acesso Restrito
URI: http://hdl.handle.net/1843/48370
Issue Date: 10-Aug-2022
metadata.dc.description.embargo: 10-Aug-2024
Appears in Collections:Teses de Doutorado

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