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Role of Frequenin1 and Frequenin2 in Regulating Neurotransmitter Release and Nerve Terminal Growth at the Drosophila Neuromuscular JunctionDason, Jeffrey 26 February 2009 (has links)
Frequenin (Frq) and its mammalian homologue, Neuronal Calcium Sensor 1 (NCS-1), are calcium-binding proteins, which regulate neurotransmitter release. However, reports are contradictory, and little is known about Frq's cellular mechanisms. The Drosophila nervous system can be used to gain a better understanding of the function of Frq. There are two Frq-encoding genes in Drosophila. The temporal and spatial expression patterns of the two genes are very similar, and the proteins they encode, Frq1 and Frq2, are 95% identical in amino acid sequence. Loss-of-function phenotypes were studied using three different procedures: creating a deletion designed to remove the entire frq1 gene and part of the frq2 gene; using an interfering C-terminal peptide to prevent Frq binding to its intracellular targets; and using RNAi to reduce frq1 and frq2 transcript levels. Deletion of the entire frq1 gene and part of the frq2 gene resulted in impaired neurotransmitter release and enhanced nerve terminal growth. To discriminate chronic from acute loss-of-function effects, the effects of transgenic expression and forward-filling an interfering C-terminal peptide into presynaptic terminals were compared. In both cases, a reduction in quantal content per bouton occurred, demonstrating that this trait does not result from homeostatic adaptations during development. The chronic treatment also enhanced nerve terminal growth. Conversely, gain-of-function conditions yielded an increase in quantal content and a reduction in nerve terminal growth. Frqs' effects on transmitter output were not due to changes in the number of active zones, nor were they due to changes in the size of the readily releasable pool of vesicles. Oregon Green 488 BAPTA-1 conjugated to 10 kDa Dextran was forward-filled into presynaptic boutons to detect changes in presynaptic Ca2+ signals. Ca2+ responses to presynaptic nerve impulses demonstrated that Frq modulates neurotransmitter release by regulating Ca2+ entry. Gain-of-function phenotypes remained present in a PI4KB null background, demonstrating that Frq's effects were not due to an interaction with PI4KB. All effects seen for all studies were identical for both Frqs, indicating that the two Frq proteins are likely functionally redundant. Overall, Frqs have two distinct functions: one on neurotransmission, primarily by regulating Ca2+ entry, and another on axonal growth and synaptic bouton formation.
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Role of Frequenin1 and Frequenin2 in Regulating Neurotransmitter Release and Nerve Terminal Growth at the Drosophila Neuromuscular JunctionDason, Jeffrey 26 February 2009 (has links)
Frequenin (Frq) and its mammalian homologue, Neuronal Calcium Sensor 1 (NCS-1), are calcium-binding proteins, which regulate neurotransmitter release. However, reports are contradictory, and little is known about Frq's cellular mechanisms. The Drosophila nervous system can be used to gain a better understanding of the function of Frq. There are two Frq-encoding genes in Drosophila. The temporal and spatial expression patterns of the two genes are very similar, and the proteins they encode, Frq1 and Frq2, are 95% identical in amino acid sequence. Loss-of-function phenotypes were studied using three different procedures: creating a deletion designed to remove the entire frq1 gene and part of the frq2 gene; using an interfering C-terminal peptide to prevent Frq binding to its intracellular targets; and using RNAi to reduce frq1 and frq2 transcript levels. Deletion of the entire frq1 gene and part of the frq2 gene resulted in impaired neurotransmitter release and enhanced nerve terminal growth. To discriminate chronic from acute loss-of-function effects, the effects of transgenic expression and forward-filling an interfering C-terminal peptide into presynaptic terminals were compared. In both cases, a reduction in quantal content per bouton occurred, demonstrating that this trait does not result from homeostatic adaptations during development. The chronic treatment also enhanced nerve terminal growth. Conversely, gain-of-function conditions yielded an increase in quantal content and a reduction in nerve terminal growth. Frqs' effects on transmitter output were not due to changes in the number of active zones, nor were they due to changes in the size of the readily releasable pool of vesicles. Oregon Green 488 BAPTA-1 conjugated to 10 kDa Dextran was forward-filled into presynaptic boutons to detect changes in presynaptic Ca2+ signals. Ca2+ responses to presynaptic nerve impulses demonstrated that Frq modulates neurotransmitter release by regulating Ca2+ entry. Gain-of-function phenotypes remained present in a PI4KB null background, demonstrating that Frq's effects were not due to an interaction with PI4KB. All effects seen for all studies were identical for both Frqs, indicating that the two Frq proteins are likely functionally redundant. Overall, Frqs have two distinct functions: one on neurotransmission, primarily by regulating Ca2+ entry, and another on axonal growth and synaptic bouton formation.
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Plasticité présynaptique et gliale à long-terme en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique,à la jonction neuromusculaire d’amphibienBélair, Eve-Lyne 09 1900 (has links)
La plasticité synaptique est une importante propriété du système nerveux, impliquée dans l’intégration de l’information. Cette plasticité a généralement été décrite par des changements aux niveaux pré et postsynaptiques. Notamment, l’efficacité présynaptique, soit la probabilité de libération de neurotransmetteurs associée au contenu quantique d’une synapse, peut être augmentée ou diminuée selon l’activité antérieure de la synapse. Malgré cette caractérisation, les mécanismes à l’origine de la détermination de l’efficacité présynaptique demeurent obscurs. Également, la plasticité synaptique reste encore mal définie au niveau glial, limitant, de ce fait, notre compréhension de l’intégration de l’information. Pourtant, la dernière décennie a mené à une redéfinition du rôle des cellules gliales. Autrefois reléguées à un rôle de support passif aux neurones, elles sont désormais reconnues comme étant impliquées dans la régulation de la neurotransmission. Notamment, à la jonction neuromusculaire (JNM), les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs) sont reconnues pour moduler l’efficacité présynaptique et les phénomènes de plasticité. Un tel rôle actif dans la modulation de la neurotransmission implique cependant que les CSPs soient en mesure de s’adapter aux besoins changeants des JNMs auxquelles elles sont associées. La plasticité synaptique devrait donc sous-tendre une forme de plasticité gliale.
Nous savons, en effet, que la JNM est capable de modifications tant morphologiques que physiologiques en réponse à des altérations de l'activité synaptique. Par exemple, la stimulation chronique des terminaisons nerveuses entraîne une diminution persistante de l’efficacité présynaptique et une augmentation de la résistance à la dépression. À l’opposé, le blocage chronique des récepteurs nicotiniques entraîne une augmentation prolongée de l’efficacité présynaptique. Aussi, compte tenu que les CSPs détectent et répondent à la neurotransmission et qu’elles réagissent à certains stimuli environnementaux par des changements morphologiques, physiologiques et d’expression génique, nous proposons que le changement d'efficacité présynaptique imposé à la synapse, soit par une stimulation nerveuse chronique ou par blocage chronique des récepteurs nicotiniques, résulte en une adaptation des propriétés des CSPs. Cette thèse propose donc d’étudier, en parallèle, la plasticité présynaptique et gliale à long-terme, en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique, à la JNM d’amphibien.
Nos résultats démontrent les adaptations présynaptiques de l’efficacité présynaptique, des phénomènes de plasticité à court-terme, du contenu mitochondrial et de la signalisation calcique. De même, ils révèlent différentes adaptations gliales, notamment au niveau de la sensibilité des CSPs aux neurotransmetteurs et des propriétés de leur réponse calcique. Les adaptations présynaptiques et gliales sont discutées, en parallèle, en termes de mécanismes et de fonctions possibles dans la régulation de la neurotransmission. Nos travaux confirment donc la coïncidence de la plasticité présynaptique et gliale et, en ce sens, soulèvent l’importance des adaptations gliales pour le maintien de la fonction synaptique. / Synaptic plasticity is a major property of the nervous system, believed to be at the basis of neuronal information processing. This plasticity has been generally described with pre and postsynaptic adaptations. Notably, presynaptic efficacy, referring to the probability of transmitter release associated with the quantal content of a synapse, can be increased or decreased according to the previous history of synapses. Despite this characterization, the mechanisms implicated in the activity-dependent determination of synaptic efficacy remain unknown. Moreover, synaptic plasticity has never been described in terms of glial adaptations, thus limiting our comprehension of neuronal information processing. Nevertheless, the past decade has lead to a redefinition of glial cells functions. Relegated to a passive role of neuronal support in the past, glial cells are now known to be involved in the regulation of neurotransmission. For instance, at the neuromuscular junction (NMJ), perisynaptic Schwann cells (PSCs) are believed to modulate synaptic efficacy and plasticity. Such an active role requires, however, that PSCs adapt to the changing needs of NMJs. Thus, synaptic plasticity must underlie glial plasticity.
At the NMJ, changes in synaptic activity result in several morphological and physiological adaptations. Among others, chronic nerve stimulation was shown to decrease synaptic efficacy and short-term depression. Conversely, chronic blockade of postsynaptic nicotinic receptors increases synaptic efficacy. Given that PSCs can detect and respond to neurotransmission with a calcium elevation and that they react to environmental stimuli with morphological, physiological and gene expression adaptations, we propose that prolonged changes in synaptic efficacy, induced by chronic nerve stimulation or chronic blockade of nicotinic receptors, would lead to PSCs adaptations. Thus, in this thesis, we studied, in parallel, long-term presynaptic and glial plasticity, in response to chronic changes in synaptic activity, at the amphibian NMJ.
Our results show presynaptic adaptations of synaptic efficacy, short-term plasticity, mitochondrial content and calcium signalling. They also reveal several adaptations of PSCs, related to their sensitivity to neurotransmitters and their calcium responses properties. These presynaptic and glial adaptations are discussed, in parallel, in terms of possible mechanisms and functions in the regulation of neurotransmission. Our work also confirms the coincidence of presynaptic and glial plasticity and, therefore, raises the importance of glial adaptations for the maintenance of synaptic function.
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Plasticité présynaptique et gliale à long-terme en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique,à la jonction neuromusculaire d’amphibienBélair, Eve-Lyne 09 1900 (has links)
La plasticité synaptique est une importante propriété du système nerveux, impliquée dans l’intégration de l’information. Cette plasticité a généralement été décrite par des changements aux niveaux pré et postsynaptiques. Notamment, l’efficacité présynaptique, soit la probabilité de libération de neurotransmetteurs associée au contenu quantique d’une synapse, peut être augmentée ou diminuée selon l’activité antérieure de la synapse. Malgré cette caractérisation, les mécanismes à l’origine de la détermination de l’efficacité présynaptique demeurent obscurs. Également, la plasticité synaptique reste encore mal définie au niveau glial, limitant, de ce fait, notre compréhension de l’intégration de l’information. Pourtant, la dernière décennie a mené à une redéfinition du rôle des cellules gliales. Autrefois reléguées à un rôle de support passif aux neurones, elles sont désormais reconnues comme étant impliquées dans la régulation de la neurotransmission. Notamment, à la jonction neuromusculaire (JNM), les cellules de Schwann périsynaptiques (CSPs) sont reconnues pour moduler l’efficacité présynaptique et les phénomènes de plasticité. Un tel rôle actif dans la modulation de la neurotransmission implique cependant que les CSPs soient en mesure de s’adapter aux besoins changeants des JNMs auxquelles elles sont associées. La plasticité synaptique devrait donc sous-tendre une forme de plasticité gliale.
Nous savons, en effet, que la JNM est capable de modifications tant morphologiques que physiologiques en réponse à des altérations de l'activité synaptique. Par exemple, la stimulation chronique des terminaisons nerveuses entraîne une diminution persistante de l’efficacité présynaptique et une augmentation de la résistance à la dépression. À l’opposé, le blocage chronique des récepteurs nicotiniques entraîne une augmentation prolongée de l’efficacité présynaptique. Aussi, compte tenu que les CSPs détectent et répondent à la neurotransmission et qu’elles réagissent à certains stimuli environnementaux par des changements morphologiques, physiologiques et d’expression génique, nous proposons que le changement d'efficacité présynaptique imposé à la synapse, soit par une stimulation nerveuse chronique ou par blocage chronique des récepteurs nicotiniques, résulte en une adaptation des propriétés des CSPs. Cette thèse propose donc d’étudier, en parallèle, la plasticité présynaptique et gliale à long-terme, en réponse à un changement chronique de l’activité synaptique, à la JNM d’amphibien.
Nos résultats démontrent les adaptations présynaptiques de l’efficacité présynaptique, des phénomènes de plasticité à court-terme, du contenu mitochondrial et de la signalisation calcique. De même, ils révèlent différentes adaptations gliales, notamment au niveau de la sensibilité des CSPs aux neurotransmetteurs et des propriétés de leur réponse calcique. Les adaptations présynaptiques et gliales sont discutées, en parallèle, en termes de mécanismes et de fonctions possibles dans la régulation de la neurotransmission. Nos travaux confirment donc la coïncidence de la plasticité présynaptique et gliale et, en ce sens, soulèvent l’importance des adaptations gliales pour le maintien de la fonction synaptique. / Synaptic plasticity is a major property of the nervous system, believed to be at the basis of neuronal information processing. This plasticity has been generally described with pre and postsynaptic adaptations. Notably, presynaptic efficacy, referring to the probability of transmitter release associated with the quantal content of a synapse, can be increased or decreased according to the previous history of synapses. Despite this characterization, the mechanisms implicated in the activity-dependent determination of synaptic efficacy remain unknown. Moreover, synaptic plasticity has never been described in terms of glial adaptations, thus limiting our comprehension of neuronal information processing. Nevertheless, the past decade has lead to a redefinition of glial cells functions. Relegated to a passive role of neuronal support in the past, glial cells are now known to be involved in the regulation of neurotransmission. For instance, at the neuromuscular junction (NMJ), perisynaptic Schwann cells (PSCs) are believed to modulate synaptic efficacy and plasticity. Such an active role requires, however, that PSCs adapt to the changing needs of NMJs. Thus, synaptic plasticity must underlie glial plasticity.
At the NMJ, changes in synaptic activity result in several morphological and physiological adaptations. Among others, chronic nerve stimulation was shown to decrease synaptic efficacy and short-term depression. Conversely, chronic blockade of postsynaptic nicotinic receptors increases synaptic efficacy. Given that PSCs can detect and respond to neurotransmission with a calcium elevation and that they react to environmental stimuli with morphological, physiological and gene expression adaptations, we propose that prolonged changes in synaptic efficacy, induced by chronic nerve stimulation or chronic blockade of nicotinic receptors, would lead to PSCs adaptations. Thus, in this thesis, we studied, in parallel, long-term presynaptic and glial plasticity, in response to chronic changes in synaptic activity, at the amphibian NMJ.
Our results show presynaptic adaptations of synaptic efficacy, short-term plasticity, mitochondrial content and calcium signalling. They also reveal several adaptations of PSCs, related to their sensitivity to neurotransmitters and their calcium responses properties. These presynaptic and glial adaptations are discussed, in parallel, in terms of possible mechanisms and functions in the regulation of neurotransmission. Our work also confirms the coincidence of presynaptic and glial plasticity and, therefore, raises the importance of glial adaptations for the maintenance of synaptic function.
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