Regulação de excitabilidade de neurônios do MNTB por receptores mGluR-I: explorando o papel de canais HCN, KIR e TWIK através da eletrofisiologia celular e modelagem computacional
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
Título alternativo
MNTB excitability regulation by mGluR-I: exploring the role of HCN, KIR and TWIK channels through cellular electrophysiology and computational modeling
Primeiro orientador
Membros da banca
Jader dos Santos Cruz
Ricardo Maurício Xavier Leão
Cleiton Lopes Aguiar
Kerly Shamyra da Silva Alves
Ricardo Maurício Xavier Leão
Cleiton Lopes Aguiar
Kerly Shamyra da Silva Alves
Resumo
O Núcleo Medial do Corpo Trapezóide (MNTB) é um relê sináptico no Complexo
Olivar Superior (SOC) que atua nos estágios iniciais do processamento auditivo,
pela promoção de precisa inibição temporal a outros núcleos, dentro e fora do SOC.
Dentre as diversas adaptações biofísicas que os neurônios do MNTB possuem para
cumprir a função em disparar fidedignamente à atividade pré-sináptica em alta
frequência estão aquelas propiciadas pela ativação dos receptores metabotrópicos
para glutamato do tipo I (mGluR-I). A ativação de mGluR-I gera uma corrente de
entrada observada em experimentos de voltage-clamp e uma despolarização no
potencial de repouso observada em experimentos de current-clamp. Esses efeitos
são bloqueados quando acompanhados de antagonistas seletivos de canais HCN e
do íon Ba²+, capaz de bloquear os canais KIR e TWIK. Neste trabalho foram
explorados os impactos da regulação das correntes promovidas por estes canais
acerca da excitabilidade dos neurônios principais do MNTB. Foram realizados
experimentos de patch-clamp para caracterizar as correntes Ih, IKIR, e ITWIK, e
incluídos esses componentes num modelo do neurônio do MNTB adaptado da
literatura. Pela manipulação da condutância máxima dessas correntes, com o intuito
de mimetizar a ativação de mGluR-I, foram observadas que elas são suficientes para
suprimir as falhas na geração de potenciais de ação, em virtude de eventos
sinápticos em alta frequência, no modelo do neurônio do MNTB de camundongos
neonatal. Foi observado que a redução nas falhas é causada pelo aumento na
resistência de membrana e pela despolarização do potencial de membrana. Estes
efeitos são mais dependentes de modulação da condutância máxima ITWIK, seguido
em menor magnitude pela de Ih, e negligíveis para IKIR.
Abstract
The Medial Nucleus of the Trapezoid Body (MNTB) is a synaptic relay in the Superior
Olivary Complex (SOC) that plays a role in the early stages of auditory processing by
providing precise temporal inhibition to other nuclei, both within and outside the SOC.
Among the various biophysical adaptations that MNTB neurons have to faithfully
respond to presynaptic activity at high frequencies, some are facilitated by the
activation of type I metabotropic glutamate receptors (mGluR-I). Activation of mGluRI generates an inward current observed in voltage-clamp experiments and a
depolarization in the resting membrane potential observed in current-clamp
experiments. These effects are blocked when accompanied by selective antagonists
of HCN channels and by Ba²+
ions, which are capable of blocking KIR and TWIK
channels. In this study, we explored the impacts of regulating the currents mediated
by these channels on the excitability of the principal neurons of the MNTB. Patchclamp experiments were conducted to characterize the Ih, IKIR, e ITWIK currents, and
these components were included in a neuron model of the MNTB adapted from the
literature. By manipulating the maximum conductance of these currents to mimic the
activation of mGluR-I, it was observed that they are sufficient to suppress failures in
action potential generation due to high-frequency synaptic events in the MNTB
neuron model of neonatal mice. It was observed that the reduction in failures is
caused by an increase in membrane resistance and depolarization of the membrane
potential. These effects are more strongly dependent on modulation of the maximum
ITWI conductance, followed to a lesser extent by Ih, with only a very minor contribution
of IKIR.
Assunto
Fisiologia, Complexo Olivar Superior, Receptores de Glutamato Metabotrópico, Canais Disparados por Nucleotídeos Cíclicos Ativados por Hiperpolarização, Canais de Potássio Corretores do Fluxo de Internalização
Palavras-chave
Núcleo Medial do Corpo Trapezóide, Receptores metabotrópicos para glutamato do grupo I, Canais ativados por hiperpolarização, Canais para potássio retificadores de entrada, Canais para potássio com dois domínios de poro, Whole-Cell Patch-Clamp, Modelagem computacional