G proteins coupled receptors (GPCRs) play essential developmental roles with functions in all of the immune, olfactory sensory systems amongst other systems as well as exhibiting essential roles in the central and peripheral nervous system. GPCRs are also major targets of pharmaceutical drugs currently used to treat a vast number of conditions. Despite their clear importance, the function of many GPCRs is still obscure. Identifying the physiological role of more GPCRs provides a niche for more drugs to be developed and thus more conditions to be treated. The C.elegans lat-1 gene encodes the latrophilin vertebrate homolog; it is a member of the adhesion GPCR family and is structurally related to the flamingo/CELSR, an essential component of planar cell polarity pathway. This study aims to phenotypically characterise lat-1 mutants in C.elegans to provide insights into the physiological role of this important member of adhesion GPCRs. lat-1 mutants exhibit several morphological defects throughout development and during vulva development. Analysing the embryonic development of such mutants also identified an anterior-posterior polarity defect. The results implicate a second evolutionary conserved subfamily of adhesion GPCRs in the control of tissue polarity and morphogenesis.

Les protéines associées aux microtubules (MAP) de structures, telles que celles appartenant à la famille des MAP1 sont connues pour contrôler la stabilité et la dynamique des microtubules (MTs). Elles sont aussi connues pour interagir avec des protéines post-synaptiques telles que les récepteurs GABAergique ou glutamatergique. Cependant, leur rôle pré-synaptique dans la libération de neurotransmetteurs a été très peu étudié. Dans cette thèse, j'utilise l'avantage du modèle Drosophila melanogaster dans lequel il n'y a qu'un seul homologue des MAP1 des vertébrés, nommé Futsch. J'ai étudié la fonction de Futsch à la jonction neuromusculaire (JNM) de larve, où cette protéine n'est trouvée que dans la partie pré-synaptique. Ici, j'ai montré qu'en plus de sa fonction connue sur la morphologie de la JNM (Roos et al., 2000; Gogel et al., 2006), Futsch est également important pour la physiologie de la JNM, par le contrôle de la libération de neurotransmetteurs ainsi que de la densité des zones actives (ZAs). J'ai montré que l'effet physiologique de Futsch n'est pas la conséquence de l'altération du cytosquelette de MTs ou d'un défaut de transport axonal, mais doit être la conséquence d'un effet local de Futsch à la terminaison synaptique. J'ai utilisé la microscopie d'éclairage structuré 3D (3D-SIM) pour étudier plus précisément la localisation de Futsch et des MTs au niveau de la ZA. Futsch et les MTs se trouvent presque toujours à proximité des ZAs, avec Futsch en position intermédiaire entre les MTs et les ZAs. En utilisant la technique de « proximity ligation assays », j'ai aussi démontré la proximité fonctionnelle de Futsch avec Bruchpilot un composant de la ZA, ce qui n'est pas le cas des MTs. En conclusion, mes données sont en faveur d'un modèle pour lequel Futsch stabilise localement les ZAs, en renforçant leur lien avec le cytosquelette de MTs sous-jacent. / Structural microtubule associated proteins like those belonging to the MAP1 family are known to control the stability and dynamics of microtubules (MTs). They are also known to interact with postsynaptic proteins like GABA or glutamate receptors. However, their presynaptic role in neurotransmitter release was barely studied. Here, we took advantage of the Drosophila model in which there is only one MAP1 homologue, called Futsch. We studied the function of Futsch at the larval neuromuscular junction (NMJ), where this protein is found presynaptically only. Here, we show that, in addition to its known function on NMJ morphology (Roos et al., 2000; Gogel et al., 2006), Futsch is also important for NMJ physiology, by controlling neurotransmitter release as well as active zone density. We show that this physiological effect of Futsch is not the consequence of disrupted microtubule bundle and disrupted axonal transport, but must be the consequence of a local effect of Futsch at the synaptic terminal. We used 3D-Structured Illumination Microscopy (3D-SIM) to further study the localization of Futsch and MTs with respect to active zones. Both Futsch and MTs are almost systematically present in close proximity active zones, with Futsch being localized in-between MTs and active zones. Using proximity ligation assays, we further demonstrated the functional proximity of Futsch, but not MTs, with the active zone component Bruchpilot. Altogether our data are in favor of a model by which Futsch locally stabilizes active zones, by reinforcing their link with the underlying MT cytoskeleton.

O sistema nervoso central (SNC) se comporta como um sistema plástico, com capacidade de se modificar continuamente por meio da plasticidade sináptica. Este fenômeno pode se manifestar como facilitação ou depressão da neurotransmissão, e também ser caracterizado em plasticidade sináptica de longo e curto prazo. A plasticidade sináptica de longo prazo ocorre em regiões específicas, dentre as quais estão o hipocampo, onde as sinapses da via Schaffer/CA1 são as sinapses onde os fenômenos de plasticidade a longo prazo são mais estudados. O hipocampo recebe informações sensórias auditivas, que dependendo da intensidade e do tempo de exposição podem causar alterações na função hipocampal. Nosso laboratório mostrou que ratos submetidos a um protocolo prolongado de estímulo sonoro de alta intensidade apresentam a potenciação de longo prazo (LTP) fortemente inibida na via Schaffer/CA1. No presente estudo, nosso objetivo foi investigar o estímulo sonoro mínimo para que a LTP seja inibida e os mecanismos responsáveis por esta resposta. Para tanto, testamos um protocolo de estimulação de 110 dB de curta duração (1 minuto) em ratos Wistar machos (60-70 dias de idade) e após 2 horas do estímulo, realizamos o registro extracelular da LTP em fatias hipocampais, por meio de um protocolo de alta frequência na via Schaffer/CA1. Também foram investigados outros fatores que podem influenciar a LTP, como por exemplo, a corticosterona, que é um modulador da LTP e cujos níveis circulantes aumentam após a estimulação sonora de alta intensidade. Além disso, avaliamos possíveis alterações no BDNF que está diretamente relacionado ao desenvolvimento e manutenção da LTP. O teste de aprendizado e memória espacial e o teste do medo condicionado foram realizados a fim de avaliarmos se o animal apresenta algum déficit de aprendizado e memória. Para responder as perguntas inerentes aos mecanismos de plasticidade sináptica hipocampal pela estimulação sonora, utilizamos a técnica do whole cell patch clamp e investigamos possíveis alterações nas correntes sinápticas excitatórias e inibitórias que chegam aos neurônios piramidais da CA1. Os nossos resultados mostram que a exposição a único episódio de som de alta intensidade teve um efeito transitório no hipocampo, inibindo a LTP por até 24 horas e revertendo após 48 da exposição ao som. Observamos que a inibição na via Schaffer-CA1está diretamente relacionado à intensidadesonora e não envolve a ativação do eixo HPA (eixo- hipotálamo-hipófise-adrenal), uma vez que os níveis de corticosterona nos animais que receberam 80 dB de estímulo e nos ratos sham aumentaram igualmente aos animais estimulados. O comprometimento da LTP não foi associado com alterações nos testes de memória e aprendizado espacial (Labirinto Aquático de Morris- LAM) ou com alterações no teste de medo condicionado. Além disso, os registros da neurotransmissão inibitória nos permite inferir que está havendo uma modulação dos neurônios inibitórios sobre os neurônios glutamatérgicos hipocampais, o que tem impacto direto na potenciação das sinapses da região CA1 após o som de 110 dB. Nossos dados sugerem que o som de alta intensidade pode inibir a secreção de BDNF nos animais estimulados, uma vez que após o tratamento com BDNF e seu agonista a LTP desenvolveu-se normalmente. Em conclusão mostramos que o som agudo de alta intensidade pode inibir a LTP hipocampal sem trazer prejuízos à memória dos animais; além disso, nossos dados sugerem que os interneurônios GABAérgicos podem estar influenciando esta resposta por meio do aumento das correntes inibitórias. Por fim, sugerimos que em animais estimulados, a secreção de BDNF pode estar comprometida influenciando na inibição da LTP. / The central nervous system (CNS) behaves as a plastic system, with the ability to continuously modify itself through synaptic plasticity. This phenomenon may manifest as facilitation or depression of neurotransmission, and also be characterized in synaptic plasticity of long and short term. Long-term synaptic plasticity occurs in specific regions, including the hippocampus, where synapses of the Schaffer / CA1 pathway are the synapses where long-term plasticity phenomena are more studied. The hippocampus receives auditory sensory information, which depending on intensity and time of exposure may cause alterations in hippocampal function. Our laboratory showed that rats submitted to a long-term protocol of high intensity sound stimulus present the long-term potentiation (LTP) strongly inhibited in the Schaffer / CA1 pathway. In the present study, our objective was to investigate the minimum sound stimulus for LTP to be inhibited and the mechanisms responsible for this response. For this, we tested a protocol of stimulation of 110 dB of short duration (1 minute) in male Wistar rats (60-70 days of age) and after 2 hours of the stimulus, we performed the extracellular record of LTP in hippocampal slices, by means of a high frequency protocol in the Schaffer / CA1 pathway. Other factors that may influence LTP have also been investigated, such as corticosterone, which is a LTP modulator and whose circulating levels increase after high-intensity sound stimulation. In addition, we evaluated possible changes in BDNF that are directly related to the development and maintenance of LTP. The spatial memory and learning test and the conditioned fear test were performed to assess whether the animal has some learning and memory deficits. In order to answer the questions related to the mechanisms of hippocampal synaptic plasticity by sound stimulation, we used the whole cell patch clamp technique and investigated possible changes in the excitatory and inhibitory synaptic currents that reach CA1 pyramidal neurons. Our results show that exposure to a single episode of high intensity sound had a transient effect on the hippocampus, inhibiting LTP for up to 24 hours and reverting after 48 hours of exposure to sound. We observed that the inhibition in the Schaffer/CA1 pathway is directly related to sound intensity and does not involve the activation of the HPA axis (hypothalamic-pituitary-adrenal axis), since corticosterone levels in animals receiving 80 dB stimulation and in rats sham ratio alsoincreased to stimulated animals. LTP impairment was not associated with changes in memory and spatial learning tests (Morris Water Maze) or changes in the conditioned fear test. Furthermore, the records of inhibitory neurotransmission allow us to infer that there is a modulation of inhibitory neurons on hippocampal glutamatergic neurons, which has a direct impact on the potentiation of synapses of the CA1 region after the sound of 110 dB. Our data suggest that high intensity sound may inhibit BDNF secretion in stimulated animals, since after treatment with BDNF and its agonist LTP has normally developed. In conclusion we showed that high intensity acute sound can inhibit hippocampal LTP without impairing the animals\' memory; in addition, our data suggest that GABAergic interneurons may be influencing this response by increasing inhibitory currents. Finally, we suggest that in stimulated animals, BDNF secretion may be compromised by inhibiting LTP.

O sistema nervoso central (SNC) se comporta como um sistema plástico, com capacidade de se modificar continuamente por meio da plasticidade sináptica. Este fenômeno pode se manifestar como facilitação ou depressão da neurotransmissão, e também ser caracterizado em plasticidade sináptica de longo e curto prazo. A plasticidade sináptica de longo prazo ocorre em regiões específicas, dentre as quais estão o hipocampo, onde as sinapses da via Schaffer/CA1 são as sinapses onde os fenômenos de plasticidade a longo prazo são mais estudados. O hipocampo recebe informações sensórias auditivas, que dependendo da intensidade e do tempo de exposição podem causar alterações na função hipocampal. Nosso laboratório mostrou que ratos submetidos a um protocolo prolongado de estímulo sonoro de alta intensidade apresentam a potenciação de longo prazo (LTP) fortemente inibida na via Schaffer/CA1. No presente estudo, nosso objetivo foi investigar o estímulo sonoro mínimo para que a LTP seja inibida e os mecanismos responsáveis por esta resposta. Para tanto, testamos um protocolo de estimulação de 110 dB de curta duração (1 minuto) em ratos Wistar machos (60-70 dias de idade) e após 2 horas do estímulo, realizamos o registro extracelular da LTP em fatias hipocampais, por meio de um protocolo de alta frequência na via Schaffer/CA1. Também foram investigados outros fatores que podem influenciar a LTP, como por exemplo, a corticosterona, que é um modulador da LTP e cujos níveis circulantes aumentam após a estimulação sonora de alta intensidade. Além disso, avaliamos possíveis alterações no BDNF que está diretamente relacionado ao desenvolvimento e manutenção da LTP. O teste de aprendizado e memória espacial e o teste do medo condicionado foram realizados a fim de avaliarmos se o animal apresenta algum déficit de aprendizado e memória. Para responder as perguntas inerentes aos mecanismos de plasticidade sináptica hipocampal pela estimulação sonora, utilizamos a técnica do whole cell patch clamp e investigamos possíveis alterações nas correntes sinápticas excitatórias e inibitórias que chegam aos neurônios piramidais da CA1. Os nossos resultados mostram que a exposição a único episódio de som de alta intensidade teve um efeito transitório no hipocampo, inibindo a LTP por até 24 horas e revertendo após 48 da exposição ao som. Observamos que a inibição na via Schaffer-CA1está diretamente relacionado à intensidadesonora e não envolve a ativação do eixo HPA (eixo- hipotálamo-hipófise-adrenal), uma vez que os níveis de corticosterona nos animais que receberam 80 dB de estímulo e nos ratos sham aumentaram igualmente aos animais estimulados. O comprometimento da LTP não foi associado com alterações nos testes de memória e aprendizado espacial (Labirinto Aquático de Morris- LAM) ou com alterações no teste de medo condicionado. Além disso, os registros da neurotransmissão inibitória nos permite inferir que está havendo uma modulação dos neurônios inibitórios sobre os neurônios glutamatérgicos hipocampais, o que tem impacto direto na potenciação das sinapses da região CA1 após o som de 110 dB. Nossos dados sugerem que o som de alta intensidade pode inibir a secreção de BDNF nos animais estimulados, uma vez que após o tratamento com BDNF e seu agonista a LTP desenvolveu-se normalmente. Em conclusão mostramos que o som agudo de alta intensidade pode inibir a LTP hipocampal sem trazer prejuízos à memória dos animais; além disso, nossos dados sugerem que os interneurônios GABAérgicos podem estar influenciando esta resposta por meio do aumento das correntes inibitórias. Por fim, sugerimos que em animais estimulados, a secreção de BDNF pode estar comprometida influenciando na inibição da LTP / The central nervous system (CNS) behaves as a plastic system, with the ability to continuously modify itself through synaptic plasticity. This phenomenon may manifest as facilitation or depression of neurotransmission, and also be characterized in synaptic plasticity of long and short term. Long-term synaptic plasticity occurs in specific regions, including the hippocampus, where synapses of the Schaffer / CA1 pathway are the synapses where long-term plasticity phenomena are more studied. The hippocampus receives auditory sensory information, which depending on intensity and time of exposure may cause alterations in hippocampal function. Our laboratory showed that rats submitted to a long-term protocol of high intensity sound stimulus present the long-term potentiation (LTP) strongly inhibited in the Schaffer / CA1 pathway. In the present study, our objective was to investigate the minimum sound stimulus for LTP to be inhibited and the mechanisms responsible for this response. For this, we tested a protocol of stimulation of 110 dB of short duration (1 minute) in male Wistar rats (60-70 days of age) and after 2 hours of the stimulus, we performed the extracellular record of LTP in hippocampal slices, by means of a high frequency protocol in the Schaffer / CA1 pathway. Other factors that may influence LTP have also been investigated, such as corticosterone, which is a LTP modulator and whose circulating levels increase after high-intensity sound stimulation. In addition, we evaluated possible changes in BDNF that are directly related to the development and maintenance of LTP. The spatial memory and learning test and the conditioned fear test were performed to assess whether the animal has some learning and memory deficits. In order to answer the questions related to the mechanisms of hippocampal synaptic plasticity by sound stimulation, we used the whole cell patch clamp technique and investigated possible changes in the excitatory and inhibitory synaptic currents that reach CA1 pyramidal neurons. Our results show that exposure to a single episode of high intensity sound had a transient effect on the hippocampus, inhibiting LTP for up to 24 hours and reverting after 48 hours of exposure to sound. We observed that the inhibition in the Schaffer/CA1 pathway is directly related to sound intensity and does not involve the activation of the HPA axis (hypothalamic-pituitary-adrenal axis), since corticosterone levels in animals receiving 80 dB stimulation and in rats sham ratio alsoincreased to stimulated animals. LTP impairment was not associated with changes in memory and spatial learning tests (Morris Water Maze) or changes in the conditioned fear test. Furthermore, the records of inhibitory neurotransmission allow us to infer that there is a modulation of inhibitory neurons on hippocampal glutamatergic neurons, which has a direct impact on the potentiation of synapses of the CA1 region after the sound of 110 dB. Our data suggest that high intensity sound may inhibit BDNF secretion in stimulated animals, since after treatment with BDNF and its agonist LTP has normally developed. In conclusion we showed that high intensity acute sound can inhibit hippocampal LTP without impairing the animals\' memory; in addition, our data suggest that GABAergic interneurons may be influencing this response by increasing inhibitory currents. Finally, we suggest that in stimulated animals, BDNF secretion may be compromised by inhibiting LTP

O L-glutamato (L-Glu) é o principal neurotransmissor excitatório em vertebrados e é fundamental para funções primordiais do sistema nervoso central (SNC), tais como aprendizagem e memória. Entretanto, quando este neurotransmissor está em excesso na fenda sináptica, pode provocar uma série de eventos excitotóxicos, que por sua vez, estão associados a muitas neuropatologias. A terapia da maioria dessas doenças é ineficiente e provoca sérios efeitos colaterais. Portanto, é necessário desenvolver fármacos mais efetivos e com menos efeitos colaterais. Assim, peçonhas de artrópodes como a da aranha P. bistriata, se apresentam como fontes alternativas de compostos neuroativos, pois já demonstraram efeitos neuroprotetores in vitro e in vivo, bem como anticonvulsivos. Destarte, o objetivo deste estudo foi investigar um possível efeito neuroprotetor da fração RT10, isolada da peçonha de P.bistriata, em cultura primária de neurônios e glia (CPNGs), do tecido nervoso de ratos recém-nascidos, expostos a concentrações tóxicas de L-Glu (5 mM). As CPNGs foram tratadas durante 3 horas, previamente à lesão, que foi feita por um período de 12h. Ambas as exposições (tratamento e lesão) foram conduzidas no 7.º dia in vitro (DIV). Para analisar quantitativamente e qualitativamente os efeitos dos tratamentos, bem como demonstrar a composição das CPNGs foram realizados ensaios de viabilidade celular, com o sal sódico de resazurina (SSR) e, imunomarcações com anticorpos primários para MAP2, NeuN e GFAP. A fração RT10 foi neuroprotetora, pois diminuiu a perda celular nos testes com o SSR em 10%, nas CPNGs, expostas ao L-Glu, além de apresentarem efeito maior (5%), que o do fármaco Riluzol (RIL). A neuroproteção da RT10 também foi observada nos ensaios de imunocitoquimica. Os neurônios tratados com RT10 e RIL, que foram marcados com anti-MAP2 tiveram maior prolongamentos dos dendritos em relação aos neurônios não tratados. Portanto, a intensidade da fluorescência de anti-MAP2 para os neurônios tratados com esta fração foi 38% maior em relação aos não tratados; e 21% maior quando comparados ao grupo RIL. Deste modo, podemos considerar a RT10, como uma ferramenta para a prospecção de novos fármacos contra neurodegenerações, in vitro e principalmente estudos de mecanismo de ação, cujas variáveis podem ser mais bem controladas. / L-Glutamate (L-Glu), the major excitatory neurotransmitter in the central nervous system of vertebrates, is essential to the occurrence of cognitive functions. However, when L-Glu is over-accumulated in a synaptic cleft it can provoke excitotoxicity (EXT), which has been implicated in many neurological disorders (NDs). The current therapies against NDs are undereffective and can provoke side effects, so it is necessary to develop new treatments. In this regard, neuroactive compounds obtained from Parawixia bistriata spider venom are an alternative source of neuroactive compounds, because they showed neuroprotective effects in vitro and in vivo. Thus, the main aim of this work was to evaluate a possible neuroprotective effect of RT10 fraction obtained from P. bistriata venom in primary culture of neuron and glial cells (PCNGCs) from cerebral tissue of newborn Wistar rats, after the exposition to L-glu toxic concentration (5mM). The PCNGCs were submitted to the neuroprotection treatments for 3 hours and previously to the neurotoxic treatment, which the L-glu stayed for 12h in the PNGCs. The both expositions were conducted on the 7th day in vitro (DIV). The Resazurin sodium salt (RSS) and immunocytochemistry (MAP2, NeuN e GFAP primary antibodies) trials were utilized to measure quantitatively and qualitatively the treatments, as well as to prove the culture composition. In the RSS trial, the RT10 was neuroprotector, since avoided the cell death in 10%, under the PCNGCs which were exposed to L-Glu. in addition, RT10 demonstrated higher effect than rilozole (5%). RT10 attenuated the toxic effects of L-Glu under the neuromorphology, consequently the fluorescence intensity of MAP2 at PCNGC treated with RT10 was 38% higher than untreated group and it was 21% higher than riluzole group. Thus, we can consider that RT10 compounds are valuable tools to the prospection of new drugs against NDs.

Cette thèse présente un travail relatif à la méthodologie développée pour permettre l'exploitation neurophysiologique et clinique d'un traceur de tomographie par émission de positons (TEP). Le cas du [18F]MPPF, marqueur TEP spécifique du récepteur sérotoninergique 5-HT1A est l'objet d'application de cette démarche. <br />Les travaux contenus dans cette thèse comprennent : i/ une expérience de modélisation compartimentale des échanges in vivo entre le ligand et son récepteur soutenue par une étude chez un échantillon réduit d'hommes sains dans un protocole TEP multi-injection de [18F]MPPF, ii/ la recherche et la validation d'un protocole de modélisation simplifiée grâce à la connaissance du modèle complexe élaboré dans l'expérimentation multi-injection, iii/ la réalisation d'une base de données normative du marquage des récepteur 5HT1A par le [18F]MPPF dans le cas sain, chez les hommes et les femmes au cours de la vie adulte, IV/ la réalisation d'un étude TEP test-retest pour la connaissance de la reproductibilité de la mesure au [18F]MPPF, V/ la constitution d'une base de données simulées par la méthode de Monte-Carlo pour le développement et la validation des outils de correction et d'exploitation de la mesure quantitative de la fixation du traceur.<br />La base simulée est utilisée pour la mise au point de méthodes de correction (effet de volume partiel) ou de détection (libération de sérotonine endogène).<br />L'application des travaux expérimentaux est exposée dans le contexte d'une utilisation de cette mesure quantitative à l'usage de la recherche clinique.<br />Ce travail constitue une phase importante dans le développement d'un traceur : il se situe à l'interface entre les expérimentations biologiques sur l'animal et l'utilisation du traceur TEP dans un examen chez l'Homme.

The Group III metabotropic glutamate receptors (mGluR) are located presynaptically on axon terminals and act as autoreceptors and heteroreceptors by inhibiting neurotransmitter release. Much has been learned about these receptors through exogenous application of L-serine-O-phosphate (L-SOP), an endogenous amino acid derivative and known activator of the Group III mGluRs. We hypothesized that L-SOP is the endogenous co-agonist at the high affinity Group III mGluR, mGluR4. We found the EC50 of L-SOP at mGluR4 was 0.5 μM, and determined that the concentration of L-SOP in whole brain was approximately 5 μM. An immunocytochemical survey revealed that cells containing the enzymatic machinery necessary for L-SOP synthesis and metabolism were observed in two brain regions known to express mGluR4, namely, cerebellum and hippocampus. In the cerebellum, the L-SOP synthetic and metabolic enzymes were found in Bergmann glia and Purkinje cells, two cells which form a tripartite synapse with parallel fiber axon terminals where the mGluR4 subtype is exclusively expressed at high levels. In the hippocampus, the L-SOP metabolic enzyme was detected in young neurons emanating from the neurogenic subventricular zone. Attempts to raise endogenous levels of L-SOP by crippling the L-SOP metabolizing enzyme (phosphoserine phosphatase), over-expressing the L-SOP synthesizing enzyme (phosphoserine aminotransferase), or through dietary protein restriction, to study the effects on neurotransmission and neurodevelopment in the central nervous system (CNS) were unsuccessful, suggesting that the production of L-SOP remains stable despite manipulation of the synthetic and metabolic enzymes. Finally, the ability of L-SOP to modulate glutamate release from presynaptic terminals was examined in cerebellar synaptosomes. Co-incident activation of presynaptic mGluR4 and presynaptic GABAA receptors facilitated glutamate release, suggesting that simultaneous activation of parallel fibers and Bergmann glia may serve to enhance synaptic transmission. This observation expands the traditional view of Group III mGluRs acting solely as inhibitory autoreceptors. Taken together, these results provide compelling evidence to support the hypothesis that L-SOP is the endogenous agonist at mGluR4, and possibly other Group III mGluRs.

The Group III metabotropic glutamate receptors (mGluR) are located presynaptically on axon terminals and act as autoreceptors and heteroreceptors by inhibiting neurotransmitter release. Much has been learned about these receptors through exogenous application of L-serine-O-phosphate (L-SOP), an endogenous amino acid derivative and known activator of the Group III mGluRs. We hypothesized that L-SOP is the endogenous co-agonist at the high affinity Group III mGluR, mGluR4. We found the EC50 of L-SOP at mGluR4 was 0.5 μM, and determined that the concentration of L-SOP in whole brain was approximately 5 μM. An immunocytochemical survey revealed that cells containing the enzymatic machinery necessary for L-SOP synthesis and metabolism were observed in two brain regions known to express mGluR4, namely, cerebellum and hippocampus. In the cerebellum, the L-SOP synthetic and metabolic enzymes were found in Bergmann glia and Purkinje cells, two cells which form a tripartite synapse with parallel fiber axon terminals where the mGluR4 subtype is exclusively expressed at high levels. In the hippocampus, the L-SOP metabolic enzyme was detected in young neurons emanating from the neurogenic subventricular zone. Attempts to raise endogenous levels of L-SOP by crippling the L-SOP metabolizing enzyme (phosphoserine phosphatase), over-expressing the L-SOP synthesizing enzyme (phosphoserine aminotransferase), or through dietary protein restriction, to study the effects on neurotransmission and neurodevelopment in the central nervous system (CNS) were unsuccessful, suggesting that the production of L-SOP remains stable despite manipulation of the synthetic and metabolic enzymes. Finally, the ability of L-SOP to modulate glutamate release from presynaptic terminals was examined in cerebellar synaptosomes. Co-incident activation of presynaptic mGluR4 and presynaptic GABAA receptors facilitated glutamate release, suggesting that simultaneous activation of parallel fibers and Bergmann glia may serve to enhance synaptic transmission. This observation expands the traditional view of Group III mGluRs acting solely as inhibitory autoreceptors. Taken together, these results provide compelling evidence to support the hypothesis that L-SOP is the endogenous agonist at mGluR4, and possibly other Group III mGluRs.

O objetivo deste trabalho foi ampliar o estudo do mecanismo de ação antidepressivo de Hypericum polyanthemum (POL) e de seu composto derivado da classe dos floroglucinóis uliginosina B (ULI). Considerando o potencial desta planta para o desenvolvimento de novos fármacos, realizou-se um estudo pré-clínico de toxicidade aguda e doses repetidas de POL em camundongos. A administração via oral (v.o.) do extrato ciclo-hexano de POL (90 mg/kg) foi capaz de reduzir significativamente o tempo de imobilidade de ratos e camundongos no teste de natação forçada (TNF). A administração de ULI (10 mg/kg, v.o.) igualmente reduziu o tempo de imobilidade no TNF e também no teste de suspensão pela cauda (TSC). A administração simultânea (v.o), das subdoses de POL (45 mg/kg) e ULI (5 mg/kg) foram capazes de potencializar o efeito antidepressivo das subdoses de imipramina (10 mg/kg), bupropiona (3 mg/kg) e fluoxetina (15 mg/kg), no TNF em camundongos. O pré- tratamento de camundongos, pela via intraperitoneal, com SCH 23390 (antagonista de receptor dopaminérgico D1); sulpirida (antagonista de receptor dopaminérgico D2); prazosin (antagonista de receptor α1-adrenérgico); ioimbina (antagonista de receptor α2-adrenérgico) e p-clorofenilalanina metil éster (pCPA- inibidor da síntese de serotonina (5-HT), preveniu o efeito anti-imobilidade de ULI no TNF. In vitro, ULI inibiu a recaptação sinaptossomal de dopamina ([3H]-DA), noradrenalina ([3H]-NA) e serotonina ([3H]-5-HT), sem ligação aos transportadores, e isto foi demonstrado através das diferentes concentrações de ULI que não afetaram a ligação de [3H]- mazindol, [3H]-nisoxetina e [3H]-citalopram aos sítios de recaptação de DA, NA e 5- HT, respectivamente. Estes resultados sugerem que ULI tem ação não-seletiva sobre o sistema monoaminérgico, o que pode representar um novo composto com inibição tripla da recaptação; além disso possui mecanismo de ação diferente dos antidepressivos clássicos, inibindo a recaptação das monoaminas sem se ligar aos respectivos sítios específicos dos transportadores. Também realizou-se estudo bioquímico da atividade da Na+,K+-ATPase em córtex cerebral e hipocampo de camundongos. O tratamento agudo e repetido por via oral (3 dias, 1 x ao dia) aumentou a atividade desta enzima em córtex cerebral de camundongos em diferentes tempos. ULI não alterou a atividade da Na+,K+-ATPase em hipocampo dos camundongos, e esse resultado corrobora com a hipótese de que ULI pode estar contribuindo para a manutenção da excitabilidade neuronal estimulando esta enzima, e agindo seletivamente no córtex cerebral. Além disso, investigou-se o papel de ULI sobre os canais de sódio dependentes de voltagem (Na+), através da pré-administração de veratrina (ativador de canal de Na+). A veratrina bloqueou o efeito antidepressivo de ULI no TNF e este resultado indica a possibilidade de ULI estar bloqueando os canais de Na+ alterando o gradiente iônico através da estimulação da atividade da Na+,K+-ATPase e, prejudicando ou inibindo a recaptação das monoaminas. Nos experimentos de toxicidade, as mudanças fisiológicas, bioquímicas e histopatológicas mais pronunciadas foram observadas nos camundongos que receberam POL nas doses 5 e/ou 10 vezes maiores que a dose efetiva no TNF em camundongos. Entretanto, POL apresenta constituição química diferente de H. perforatum, sugerindo baixo risco desta espécie em relação à fototoxicidade (ausência de hipericina). Através dos dados obtidos neste estudo, acredita-se que POL pode se tornar uma espécie promissora no desenvolvimento de um novo fitoterápico com ação neuroativa. A inibição da recaptação das monoaminas pode estar relacionada a uma alteração do gradiente iônico de Na+, através da estimulação da atividade da Na+,K+-ATPase, o que leva a crer que ULI possui um perfil de ação lamotrigina-like. Dessa forma, ULI torna-se um novo e promissor padrão molecular de substância com atividade no sistema nervoso central. / The aim of this work was to continue studying the antidepressant mechanism of Hypericum polyanthemum (POL) and its compound derived from phloroglucinols class uliginosin B (ULI). Considering the potential for development of new drugs with this plant, a preclinical study of toxicity with POL was accomplished, administering acute and repeated-doses in mice. The cyclo-hexane extract administration by oral route (p.o.) of POL (90 mg/kg) was able to significantly reduce the immobility time of rats and mice in the forced swimming test (FST). ULI (10 mg/kg, p.o.) also produced a reduction in immobility time in two models predictive of antidepressant activity in mice, FST and the tail suspension test (TST). Simultaneously administration (p.o) of subeffective doses of POL (45 mg/kg) and ULI (5 mg/kg) were able to potentiate the antidepressant effect of subeffective dose of imipramine (10 mg/kg), bupropion (3 mg/kg ) and fluoxetine (15 mg/kg), in the mouse FST. The pretreatment of mice, by i.p. route, with SCH 23390 (dopamine D1 receptor antagonist); sulpiride (dopamine D2 receptor antagonist); (α1 adrenoceptor antagonist); yohimbine (α2 adrenoceptor antagonist) and p-chlorophenylalanine methyl ester (pCPA- an inhibitor of serotonin (5-HT) synthesis) prevented anti- immobility effect of ULI in FST. In vitro, ULI inhibited synaptosomal uptake of dopamine ([3H]-DA), noradrenaline ([3H]-NA) and 5-HT ([3H]-5-HT), without binding with monoaminergic transporters, and this was demonstrated by different concentrations of ULI that did not affect the binding of [3H]-mazindol, [3H]-nisoxetine and [3H]-citalopram to DA, NA and 5-HT uptake sites, respectively. These results suggest that ULI has non-selective action on the monoaminergic system, which may represent a new compound with triple reuptake inhibition; furthermore, ULI has a mechanism of action different from the classical antidepressants by inhibiting monoamine reuptake without bind to respective neurotransporters. In addition we have performed a biochemical study for activity of Na+, K+-ATPase in cerebral cortex and hippocampus of mice. Acute and repeated oral treatment (3 days, 1 x per day) increased enzyme activity in cortex at different times. ULI did not alter Na+, K+- ATPase activity in hippocampus, and this result confirms the hypothesis that ULI can be contributing to the maintenance of neuronal excitability by stimulating this enzyme, and acting selectively in cerebral cortex. Moreover, we investigated the role of ULI on voltage-gated sodium channels (Na+), through pre-administration of veratrine ( Na+ channel oppener). Veratrine was able to abolish the antidepressant effect of ULI in TNF and this result indicates the possibility that ULI blocks the Na+ channels by altering the ionic gradient through the stimulation of Na+, K+-ATPase and impairing or inhibiting the reuptake of monoamines. In toxicity experiments, the more pronounced physiological, biochemical and histopathological changes were observed in mice that received POL at doses 5 and/or 10 fold higher than the effective dose in TNF. However, POL has chemically different from H. perforatum, suggesting low risk of this species in relation to phototoxicity (absence of hypericin). Considering all results, we supposed that POL could be a product with potential for the development of new drugs. The monoamine reuptake inhibition can be related to a change on the gradient of Na+ ion, by stimulation of Na+, K+-ATPase, which suggests that ULI has a lamotrigine-like profile. Therefore, we suggest that phloroglucinol derivative ULI represents a promising new molecular pattern with central nervous system activity.

O objetivo deste trabalho foi ampliar o estudo do mecanismo de ação antidepressivo de Hypericum polyanthemum (POL) e de seu composto derivado da classe dos floroglucinóis uliginosina B (ULI). Considerando o potencial desta planta para o desenvolvimento de novos fármacos, realizou-se um estudo pré-clínico de toxicidade aguda e doses repetidas de POL em camundongos. A administração via oral (v.o.) do extrato ciclo-hexano de POL (90 mg/kg) foi capaz de reduzir significativamente o tempo de imobilidade de ratos e camundongos no teste de natação forçada (TNF). A administração de ULI (10 mg/kg, v.o.) igualmente reduziu o tempo de imobilidade no TNF e também no teste de suspensão pela cauda (TSC). A administração simultânea (v.o), das subdoses de POL (45 mg/kg) e ULI (5 mg/kg) foram capazes de potencializar o efeito antidepressivo das subdoses de imipramina (10 mg/kg), bupropiona (3 mg/kg) e fluoxetina (15 mg/kg), no TNF em camundongos. O pré- tratamento de camundongos, pela via intraperitoneal, com SCH 23390 (antagonista de receptor dopaminérgico D1); sulpirida (antagonista de receptor dopaminérgico D2); prazosin (antagonista de receptor α1-adrenérgico); ioimbina (antagonista de receptor α2-adrenérgico) e p-clorofenilalanina metil éster (pCPA- inibidor da síntese de serotonina (5-HT), preveniu o efeito anti-imobilidade de ULI no TNF. In vitro, ULI inibiu a recaptação sinaptossomal de dopamina ([3H]-DA), noradrenalina ([3H]-NA) e serotonina ([3H]-5-HT), sem ligação aos transportadores, e isto foi demonstrado através das diferentes concentrações de ULI que não afetaram a ligação de [3H]- mazindol, [3H]-nisoxetina e [3H]-citalopram aos sítios de recaptação de DA, NA e 5- HT, respectivamente. Estes resultados sugerem que ULI tem ação não-seletiva sobre o sistema monoaminérgico, o que pode representar um novo composto com inibição tripla da recaptação; além disso possui mecanismo de ação diferente dos antidepressivos clássicos, inibindo a recaptação das monoaminas sem se ligar aos respectivos sítios específicos dos transportadores. Também realizou-se estudo bioquímico da atividade da Na+,K+-ATPase em córtex cerebral e hipocampo de camundongos. O tratamento agudo e repetido por via oral (3 dias, 1 x ao dia) aumentou a atividade desta enzima em córtex cerebral de camundongos em diferentes tempos. ULI não alterou a atividade da Na+,K+-ATPase em hipocampo dos camundongos, e esse resultado corrobora com a hipótese de que ULI pode estar contribuindo para a manutenção da excitabilidade neuronal estimulando esta enzima, e agindo seletivamente no córtex cerebral. Além disso, investigou-se o papel de ULI sobre os canais de sódio dependentes de voltagem (Na+), através da pré-administração de veratrina (ativador de canal de Na+). A veratrina bloqueou o efeito antidepressivo de ULI no TNF e este resultado indica a possibilidade de ULI estar bloqueando os canais de Na+ alterando o gradiente iônico através da estimulação da atividade da Na+,K+-ATPase e, prejudicando ou inibindo a recaptação das monoaminas. Nos experimentos de toxicidade, as mudanças fisiológicas, bioquímicas e histopatológicas mais pronunciadas foram observadas nos camundongos que receberam POL nas doses 5 e/ou 10 vezes maiores que a dose efetiva no TNF em camundongos. Entretanto, POL apresenta constituição química diferente de H. perforatum, sugerindo baixo risco desta espécie em relação à fototoxicidade (ausência de hipericina). Através dos dados obtidos neste estudo, acredita-se que POL pode se tornar uma espécie promissora no desenvolvimento de um novo fitoterápico com ação neuroativa. A inibição da recaptação das monoaminas pode estar relacionada a uma alteração do gradiente iônico de Na+, através da estimulação da atividade da Na+,K+-ATPase, o que leva a crer que ULI possui um perfil de ação lamotrigina-like. Dessa forma, ULI torna-se um novo e promissor padrão molecular de substância com atividade no sistema nervoso central. / The aim of this work was to continue studying the antidepressant mechanism of Hypericum polyanthemum (POL) and its compound derived from phloroglucinols class uliginosin B (ULI). Considering the potential for development of new drugs with this plant, a preclinical study of toxicity with POL was accomplished, administering acute and repeated-doses in mice. The cyclo-hexane extract administration by oral route (p.o.) of POL (90 mg/kg) was able to significantly reduce the immobility time of rats and mice in the forced swimming test (FST). ULI (10 mg/kg, p.o.) also produced a reduction in immobility time in two models predictive of antidepressant activity in mice, FST and the tail suspension test (TST). Simultaneously administration (p.o) of subeffective doses of POL (45 mg/kg) and ULI (5 mg/kg) were able to potentiate the antidepressant effect of subeffective dose of imipramine (10 mg/kg), bupropion (3 mg/kg ) and fluoxetine (15 mg/kg), in the mouse FST. The pretreatment of mice, by i.p. route, with SCH 23390 (dopamine D1 receptor antagonist); sulpiride (dopamine D2 receptor antagonist); (α1 adrenoceptor antagonist); yohimbine (α2 adrenoceptor antagonist) and p-chlorophenylalanine methyl ester (pCPA- an inhibitor of serotonin (5-HT) synthesis) prevented anti- immobility effect of ULI in FST. In vitro, ULI inhibited synaptosomal uptake of dopamine ([3H]-DA), noradrenaline ([3H]-NA) and 5-HT ([3H]-5-HT), without binding with monoaminergic transporters, and this was demonstrated by different concentrations of ULI that did not affect the binding of [3H]-mazindol, [3H]-nisoxetine and [3H]-citalopram to DA, NA and 5-HT uptake sites, respectively. These results suggest that ULI has non-selective action on the monoaminergic system, which may represent a new compound with triple reuptake inhibition; furthermore, ULI has a mechanism of action different from the classical antidepressants by inhibiting monoamine reuptake without bind to respective neurotransporters. In addition we have performed a biochemical study for activity of Na+, K+-ATPase in cerebral cortex and hippocampus of mice. Acute and repeated oral treatment (3 days, 1 x per day) increased enzyme activity in cortex at different times. ULI did not alter Na+, K+- ATPase activity in hippocampus, and this result confirms the hypothesis that ULI can be contributing to the maintenance of neuronal excitability by stimulating this enzyme, and acting selectively in cerebral cortex. Moreover, we investigated the role of ULI on voltage-gated sodium channels (Na+), through pre-administration of veratrine ( Na+ channel oppener). Veratrine was able to abolish the antidepressant effect of ULI in TNF and this result indicates the possibility that ULI blocks the Na+ channels by altering the ionic gradient through the stimulation of Na+, K+-ATPase and impairing or inhibiting the reuptake of monoamines. In toxicity experiments, the more pronounced physiological, biochemical and histopathological changes were observed in mice that received POL at doses 5 and/or 10 fold higher than the effective dose in TNF. However, POL has chemically different from H. perforatum, suggesting low risk of this species in relation to phototoxicity (absence of hypericin). Considering all results, we supposed that POL could be a product with potential for the development of new drugs. The monoamine reuptake inhibition can be related to a change on the gradient of Na+ ion, by stimulation of Na+, K+-ATPase, which suggests that ULI has a lamotrigine-like profile. Therefore, we suggest that phloroglucinol derivative ULI represents a promising new molecular pattern with central nervous system activity.