Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas. / Made available in DSpace on 2012-10-17T17:45:08Z (GMT). No. of bitstreams: 0Bitstream added on 2014-09-25T19:05:09Z : No. of bitstreams: 1 152953.pdf: 1683907 bytes, checksum: 62cd23556432be7900357afd56935b63 (MD5) / Análise do tipo de receptor colinérgico central ( muscarínico ou nicotínico) envolvido com a resposta lipolítica induzida pela injeção intracerebroventricular de carbacol em aves, este estudo também investigou possíveis alterações na concentração dos ácidos graxos livres e glicose no plasma após administração central de neostigmina.

Tesis entregada a la Universidad de Chile como requisito parcial para optar al título de Doctor en Química / Los receptores nicotínicos de acetilcolina (RnACo están distribuidos a través del sistema nervioso central (SNC) y el sistema nervioso periférico (SNP), siendo los mejor estudiados los de la placa neuromuscular. Además de su localización en neuronas, los RnACo son encontrados en células endocrinas y en células clásicamente no excitables. En 2004 se reportó que los alcaloides desformilflustrabromina (1) y N1 -prenildesformilflustrabromina (2) aislados del briozoo Flustra foliacea presentaron afinidad por el RnACo en ensayos de desplazamiento de radioligando. Lo más interesante de este estudio fue la selectividad de estos compuestos frente a los subtipos α4β2 y α7, ya que 1 fue activo frente al primer subtipo pero inactivo frente al segundo, mientras que 2 fue inactivo frente al primer subtipo y activo frente al segundo. En trabajos más recientes se demostró que 1 actúa como modulador alostérico positivo frente al subtipo α4β2, y actúa como antagonista frente al subtipo α7, mientras que 2 actúa como antagonista del subtipo α4β2 y es un modulador alostérico positivo del subtipo α7. En este trabajo se presenta la síntesis de estos alcaloides así como sus derivados desbromados, una serie de graminas, triptaminas y homotriptaminas relacionadas con ellos y sus yodometilatos. Los compuestos sintetizados fueron ensayados por la metodología de desplazamiento del radioligando (±)-[3H]epibatidina para determinar su afinidad por el RnACo, subtipo α4β2. Los compuestos que presentaron mayor afinidad por el RnACo, subtipo α4β2 fueron los yodometilatos que en su mayoría exhibieron valores de Ki submicromolares. Los más activos fueron ensayados en células que expresan el RnACo, subtipo α9α10 utilizando la metodología de fijación de voltaje con dos electrodos, la que permitió establecer que éstos actúan como antagonistas de este receptor. Se realizaron también estudios de modelamiento molecular por medio de “docking” para establecer el posible sitio de unión de los compuestos activos en el RnACo, subtipo α4β2 de los cuales se puede inferir que el sitio de unión sería similar al reportado en la literatura para carbamilcolina y nicotina. Simulaciones de dinámica molecular del RnACo, subtipo α9α10 con acetilcolina, nicotina y α-conotoxina RgIA arrojaron resultados que permiten postular la identidad de los residuos aminoacídicos importantes en la interacción de estos ligandos con el receptor.

El nematodo de vida libre Caenorhabditis elegans es un organismo modelo para el estudio del sistema nervioso y enfermedades humanas. Este nematodo del suelo ofrece un gran potencial para análisis genéticos, en parte debido a su rápido ciclo de vida (3-días), pequeño tamaño (1,5 mm de largo) y fácil cultivo en el laboratorio.Progresos sustanciales en la identificación de genes que codifican para un gran número de proteínas responsables de la liberación de neurotransmisores, la detección postsináptica y las señales corriente abajo, han avanzado nuestro entendimiento de la mecanística de cómo las neuronas se comunican he interactúan. Caenorhabditis elegans es también un valioso modelo para el estudio de agentes antihelmínticos relacionados al sistema nervioso. Los receptores “Cys-loop” musculares de nematodos son de importancia clínica porque son blancos de drogas antihelmínticas. Los nematodos parásitos causan sustanciales muertes y morbidez en humanos y pérdidas en el ganado y animales domésticos. C. elegans es entonces una valiosa plataforma para el estudio de blancos antihelmínticos porque comparte características fisiológicas y farmacológicas con los nematodos de vida parasitaria, y es sensible a la mayoría de las drogas antihelmínticas. También ha emergido como un organismo modelo útil para el estudio de enfermedades neuromusculares humanas y testeo de drogas. En este trabajo de Tesis nosotros exploramos a diferentes niveles los receptores involucrados en la coordinación de la locomoción de los gusanos. En C. elegans los músculos de la pared del cuerpo reciben innervación de las neuronas motoras colinérgicas (excitatorias) y GABAérgicas (inhibitorias). La acetilcolina (ACh) liberada desde las neuronas motoras estimula la contracción muscular sobre un lado del cuerpo, y simultáneamente activa una neurona motora inhibitoria que se proyecta hacia el lado opuesto del cuerpo y libera GABA, el cual relaja los músculos. Debido a que C. elegans contiene un receptor de GABA y dos tipos farmacológicamente diferentes de receptores de ACh (AChR), el AChR sensible a levamisol (L-AChR) y el AChR sensible a nicotina (N-AChR), decidimos dividir este trabajo en dos capítulos para una lectura más conveniente. En el Capítulo I, exploramos los AChRs. El AChR es un miembro de la familia de receptores “Cys-loop”, la cual media la transmisión sináptica rápida en vertebrados e invertebrados. AChR pueden ensamblarse de cinco subunidades tipo-α idénticas ‒ formando receptores homoméricos ‒ como el receptor de vertebrados α7 o el N-AChR de C. elegans (ACR-16) o de diferentes subunidades α y no-α formando receptores heteroméricos, como los nicotínicos musculares de vertebrados y los L-AChRs musculares de nematodos. El músculo de C. elegans contiene siete diferentes subunidades de AChRs, cinco de las cuales han sido mostradas como componentes del L-AChR adulto. Para dilucidar la razón de tal diversidad de subunidades, exploramos sus roles funcionales en células musculares de la Larva 1 (L1). Por medio de ensayos de canal único y corrientes macroscópicas demostramos que las subunidades tipo-α UNC-38 y UNC-63 como la no-α UNC-29 son requeridas para L-AChRs funcionales. Asimismo exploramos en detalle la contribución de las subunidad tipo-α LEV-8 y ACR-8. Nuestro estudio revela que la subunidad LEV-8 es un componente del L-AChR nativo en L1 pero se comporta como una subunidad no esencial. Esta juega un rol clave en el mantenimiento de una baja velocidad y extendido de la desensibilización de los L-AChRs. También mostramos que en ausencia de la subunidad tipo-α ACR-8, la propiedades de los canales de L-AChRs no son modificadas, por lo tanto indicando que ACR-8 no es un componente del L-AChR en L1. Este estudio revela que las células L1 expresan un tipo principal de L-AChR compuesto de cinco diferentes subunidades: UNC-38, UNC-63, UNC-29, LEV-1, y LEV-8. El análisis de una doble mutante nula lev-8;acr-8, la cual muestra un fenotipo descoordinado y es resistente a levamisol, revela que ACR-8 puede reemplazar a LEV-8 en su ausencia, por lo tanto atribuyéndosele un rol a esta subunidad. En el Capítulo II, exploramos el UNC-49R. Los canales de cloro activados por GABA juegan un importante rol inhibitorio en el sistema nervioso de vertebrados e invertebrados. El receptor muscular de GABA de C. elegans está codificado por el gen unc-49, el cual es traducido en tres subunidades: UNC-49A, UNC-49B y UNC-49C. Ha sido mostrado que en el estado adulto de C. elegans el receptor de GABA está compuesto de las subunidades B y C. Los UNC-49Rs comparten superposiciones estructurales y farmacológicas con los receptores GABAA de mamífero en algunos aspectos y difieren grandemente en otros. Estas diferencias podrían ser explotadas en el diseño de drogas antiparasíticas. Sin embargo, la información sobre las propiedades funcionales de los receptores de nematodos es todavía escasa. Por medio de ensayos de corrientes macroscópicas y de canal único desciframos como los receptores de GABA de células musculares al estadio L1 de C. elegans son activados y modulados por agonistas y agentes antihelmínticos. Mostramos que muscimol, el cual es un agonista selectivo de los GABAARs, y piperazina, un antihelmíntico ampliamente utilizado, son ambos capaces de activar al UNC-49R. Los efectos de estas drogas a nivel molecular están relacionados con efectos comportamentales en ensayos de parálisis. Es interesante el hecho de que nuestros resultados revelan que la ivermectina (IVM), la cual es un modulador de muchos receptores “Cys-loop”, inhibe los receptores de GABA como también los L-AChRs de C. elegans, ambos involucrados en el movimiento coordinado. Más aún, la IVM muestra efectos sinérgicos sobre la parálisis inducida por ambos agonistas GABAérgicos y colinérgicos. Por lo tanto, reforzando la importancia de la investigación sobre la combinación de drogas antihelmínticas como estrategia tendiendo a reducir el incremento de problemas de resistencia a drogas. En general, nuestros estudios en el capítulo II proveen nueva información concerniente a la activación de los GABAARs en el músculo de C. elegans. Mostramos por primera vez la actividad de canal único del UNC-49R nativo, como también que muscimol y piperazina son agonistas de este receptor. Nuestro estudio también provee más información sobre los complejos y pleiotrópicos efectos de la IVM. La IVM es un inhibidor de los receptores de GABA y L-AChR. La elucidación de las bases estructurales y mecanísticas bajo las acciones pleiotrópicas de la IVM en la familia de receptores “Cys-loop” puede abrir puertas para el diseño de nuevas drogas. En resumen, en esta Tesis doctoral caracterizamos el L-AChR y la activación del UNC-49R, ambos involucrados en la locomoción coordinada. La caracterización de estos receptores “Cys-loop” en un organismo genéticamente manipulable y modelo de nematodos parásitos provee nuevas avenidas de exploración para drogas selectivas, como también para definir los determinantes estructurales de la activación y modulación en la familia de receptores “Cys-loop”. / The free-living nematode Caenorhabditis elegans is a model organism to study the nervous system and human diseases. This soil nematode offers great potential for genetic analysis, partly because of its rapid (3-day) life cycle, small size (1.5-mm-long adult) and ease of laboratory culture. Substantial progress in the identification of genes encoding for a large number of proteins responsible for neurotransmitter release, postsynaptic detection and downstream signaling has advanced our understanding of the mechanisms by which neurons communicate and interact. Caenorhabditis elegans is also a valuable model for the study of anthelmintic agents related to the nervous system. Nematode muscle Cys-loop receptors are of clinical importance because they are targets of anthelmintic drugs. Nematode parasites cause substantial mortality and morbidity in humans and losses in livestock and domestic animals. C. elegans is a valuable platform for the study of anthelmintic targets because it shares physiological and pharmacological characteristics with parasitic nematodes, and it is sensitive to most anthelmintic drugs. It has also emerged as a useful model organism for studying human neuromuscular diseases and for drug testing. In this Thesis we have explored at different levels the receptors involved in worm coordinated locomotion. In C. elegans, the body wall muscles receive innervations from both cholinergic (excitatory) and GABAergic (inhibitory) motor neurons. Acetylcholine released from motor neurons stimulates muscle contraction on one side of the body, and simultaneously activates an inhibitory motor neuron that projects to the opposite side of the body to release GABA. Since muscle cells contain one GABA and two different pharmacological types of acetylcholine receptors (AChR), the levamisole-sensitive AChR (L-AChR) and the nicotine-sensitive AChR (N-AChR), we decided to divide this work into two chapters for a more suitable lecture. In Chapter I, we explored AChRs. The AChR is a member of the Cys-loop receptor family, which mediates fast synaptic transmission in vertebrates and invertebrates. AChRs can assemble from five identical α-type subunits, forming homomeric receptors, such as vertebrate α7 or C. elegans ACR-16 (N-AChR) or from different α and non-α subunits forming heteromeric receptors, such as vertebrate and C. elegans muscle L-AChRs. Caenorhabditis elegans muscle contains seven different AChR subunits, five of which have been shown to be components of the adult levamisole-sensitive AChRs (L-AChRs). To elucidate the reason for such subunit diversity, we explored their functional roles in the larva 1 (L1) muscle cells. By single-channel and macroscopic current recordings we demonstrate that the -type UNC-38 and UNC-63 as well as the non- UNC-29 subunits are required for functional L-AChRs. We explored in detail the contribution of the α-type LEV-8 subunit. Our study reveals that it is a component of native L1 L-AChRs but behaves as a non-essential subunit. It plays a key role in maintaining a low rate and extent of desensitization of L-AChRs. We also show that in the absence of the α-type ACR-8 subunit, L-AChR channel properties are not modified, thus indicating that ACR-8 is not a component of L1 L-AChRs. This study reveals that L1 muscle cells express a main L-AChR type composed of five different subunits: UNC-38, UNC-63, UNC-29, LEV-1, and LEV-8. The analysis of a double lev-8; acr-8 null mutant, which shows an uncoordinated and levamisole-resistant phenotype, reveals that ACR-8 can replace LEV-8 in its absence, thus attributing a functional role to this subunit. In Chapter II, we have explored the UNC-49R. The GABA-gated chloride channels play an important inhibitory role in the nervous system of vertebrates and invertebrates. The C. elegans muscle GABA receptor is encoded by the unc-49 gene, which is translated into three subunits: UNC-49A, UNC-49B, and UNC-49C. In adult C. elegans the GABA receptor has been shown to be composed of B and C subunits. UNC-49 receptors share significant structural and pharmacological overlap with mammalian GABAA receptors in some aspects and differ greatly in others. These differences could be exploited in parasitic drug design. However, the information about functional properties of nematode receptors is still scarce. By analyzing at the macroscopic and single-channel level we deciphered how GABA receptors from C. elegans L1 muscle cells are activated and modulated by agonists and anthelmintic agents. We show that muscimol, which is a GABAAR selective agonist, and piperazine, a widely used anthelmintic, are both able to activate the UNC-49R. The effects of these drugs at the molecular level are related to behavioral effects in paralysis assays. Interestingly, our results reveal that ivermectin, which has been shown to modulate several Cys-loop receptors, inhibits C. elegans GABA receptors as well as L-AChRs, which are also involved in the coordinated movement. Moreover, ivermectin shows synergistic effects on the paralysis induced by both GABAergic and nicotinic agonists, thus reinforcing the importance of research on anthelmintic drug combinations as a strategy tending to reduce the increasing problem of drug resistance. In general, our study from chapter II provides novel information regarding GABAA receptor activation in C. elegans muscle. It shows for the first time single-channel activity of UNC-49 native receptor, and reveals that muscimol and piperazine, a widely used anthelmintic agent, are agonists. Our study also provides further information about the complex and pleiotropic effects of IVM: IVM is an inhibitor of C. elegans GABAR and levamisole-sensitive AChRs. Elucidation of the structural and mechanistic bases underlying the pleiotropic actions of IVM at the Cys-loop receptor family may open doors for novel drug design. In summary, in this doctoral thesis we characterized the L-AChR and the activation of the UNC-49R, both involved in the coordinated locomotion.The characterization of these Cys-loop receptors in a genetically tractable organism and model of parasitic nematodes provides new avenues of exploration for selective drugs as well as for defining structural determinants of activation and modulation in Cys-loop receptor family.

Los receptores de neurotransmisores son elementos clave en la comunicación neuronal. Conforman proteínas integrales de membrana especializadas que median respuestas de tipo excitatoria y/o inhibitoria. Estos receptores, junto a enzimas y proteínas que modulan el metabolismo del neurotransmisor, constituyen verdaderos sistemas organizados para una transmisión de la información correcta y eficaz. Los recep-tores de neurotransmisores pertenecientes a la familia Cys-loop, son canales iónicos activados por ligando. A esta familia pertenecen los receptores nicotínicos de acetilcolina (AChRn), los receptores ionotrópicos de GABA, los receptores de sero-tonina tipo 3 (5HT3), los receptores de glicina (Gly-R) y los receptores de zinc. Estos receptores también han sido identi-ficados en otros tejidos, por ejemplo epitelio respiratorio, pán-creas, endotelio y células inmunes. Existen trabajos que pos-tulan que estos sistemas no-neuronales ejercen una actividad moduladora de procesos celulares tales como diferenciación, migración y proliferación. Sin embargo la función de estos sistemas aún no está completamente esclarecida. El objetivo de esta tesis es identificar y caracterizar dos sistemas de neurotransmisores en linfocitos humanos: el sistema colinér-gico y el sistema GABAérgico. En primer lugar determinamos la participación del AChRn α7 durante la activación de linfocitos T estimulados con un mitógeno (PHA). Establecimos que durante este proceso aumenta la producción del neurotrans-misor ACh, así como también los niveles de ARN mensajero (ARNm) y de proteína del receptor α7. Además, demostramos que la modulación de dicho receptor por agonistas y anta-gonistas específicos, inhibe y potencia la proliferación de estas células, respectivamente. En segundo lugar caracteri-zamos la presencia de un sistema GABAérgico completo en linfocitos humanos, similar al descripto en neuronas. Deter-minamos la presencia de enzimas y proteínas que llevan a cabo la síntesis, transporte y catabolismo del neurotransmisor GABA, así como también la presencia y actividad de transpor-tadores de membrana y de receptores ionótropicos de GABA. Al evaluar este sistema durante el proceso de activación, observamos que existe un aumento tanto de los componentes GABAérgicos como de la actividad de los transportadores y receptores, respecto a las células no estimuladas. También observamos que la activación de los receptores por el propio neurotransmisor o por agonistas específicos como muscimol, provoca una disminución de la proliferación inducida por el mitógeno. Por último, evaluamos la propiedad de plasticidad de estos receptores no neuronales, utilizando como estímulo la exposición a GABA. Se observaron cambios en la expresión del ARNm y en las proteínas de las subunidades de los recep-tores. Se determinó que durante la exposición al neurotrans-misor se activa la vía de Akt. Esta proteína fosforila las subunidades de los receptores de GABA ocasionando una mayor expresión de los mismos en membrana. Estos cambios se corroboraron al detectar un mayor porcentaje de células que responden electrofisiológicamente a la aplicación de GABA. El trabajo desarrollado en esta tesis aporta nuevos datos acerca de las propiedades y funciones de los sistemas neuro-nales presentes en linfocitos. Nuestros resultados podrían ser de gran utilidad para el diseño de nuevos tratamientos farma-cológicos que actúen sobre estos sistemas, presentando nuevas alternativas en la modulación de la respuesta inmune. / Neurotransmitter receptors are key elements in neuronal communication. They are transmembrane proteins specialized in mediating both excitatory and/or inhibitory responses. These receptors, as well as the enzymes and proteins that are responsible for neurotransmitter metabolism, form orga-nized systems for an efficient and appropriate neuronal transmission. Neurotransmitter receptors that belong to the Cys-loop family are ligand-gated ion channels. Nicotinic acetylcholine receptors (nAChR), ionotropic GABA receptors, serotonin type 3 receptors (5HT3), glycine receptors (Gly-R) and zinc receptors are members of this family. The presence of these receptors has been reported in non-neuronal tissues, such as respiratory epithelium, pancreas, endothelium and immune cells. Previous studies have proposed that these non-neuronal systems are involved in different cellular processes like migration, differentiation and proliferation. However, little is known about their functional role. The aim of this thesis is to identify and characterize two neurotransmitter systems in human lymphocytes: the cholinergic system and the GABAer-gic system. Firstly, we have determined the participation of the α7 nAChR in mitogen (PHA)-induced T cell activation. We have established that ACh synthesis as well as a7 messenger RNA (mRNA) and receptor levels increase during lymphocyte activation. We have also demonstrated that α7 nAChR modu-lation by specific agonist and antagonist drugs, inhibits and stimulates lymphocyte proliferation, respectively. Secondly, we have characterized the presence of a complete, neuronal-like GABAergic system in human lymphocytes. We have determined the presence of enzymes and proteins responsible for the synthesis, transport and degradation of the neuro-transmitter GABA, and the presence of membrane transporters and ionotropic GABA receptors. We have also observed an increase in these GABAergic elements and in their activity during lymphocyte activation. In addition, we have detected a decrease in mitogen-induced proliferation produced by the activation of ionotropic GABA receptors with GABA and the specific agonist, muscimol. Finally, we have studied the plas-ticity of these non-neuronal receptors during GABA exposure. We have detected changes in the mRNA and protein levels of GABA receptor subunits. We have also observed an increase in the activation of the Akt pathway during GABA incubation, which leads to GABA receptor subunit phosphorylation, resul-ting in a higher receptor expression in the cell membrane. These changes correlate with the detection of a higher number of cells showing electrophy-siological activity during GABA exposure. Findings from these Ph. D. thesis provide new data about the properties and functions of the neurotrans-mitter systems present in immune cells. Our results could be useful tools for the design of new pharmacological treatments targeting on these systems, to finally introduce alternatives for the modulation of the immune response.

La reciente identificación de las subunidades nicotínicas a9 y a10 en células sensoriales del aparato auditivo y en neuronas de los ganglios raquídeos, motivaron a investigar la posible expresión de estas subunidades en el parénquima adrenomedular. Mediante la técnica electrofisiológica de “patch-clamp”, se ha medido las corrientes mediadas por los receptores nicotínicos de la acetilcolina en células cromafines de rata (nAChRs). Dos agonistas nicotínicos, la acetilcolina (ACh) y nicotina (Nic) activaron corrientes con una concentración eficaz 50 (CE50) de 63 y 24μM, respectivamente. La colina, agonista selectivo de receptores nicotínicos a7 y a9a10, y la oxotremorina-M, agonista del receptor a9a10, indujeron respuestas con eficacias del 13% y 27%, respectivamente, con respecto a la obtenida con ACh (100μM). La bungarotoxina (BgTx) bloqueó parcial y reversiblemente (CI50 de 3,13nM) las corrientes inducidas por Oxo-M (300μM), sugiriendo la presencia de un nAChR formado por subunidades a9 y a10 en esta preparación. Los efectos bloqueantes de d-tubocurarina, estricnina, atropina y Nic sobre corrientes inducidas por Oxo-M confirmaron esta interpretación. El estudio de la selectividad iónica de los nAChRs a9a10, determinó la siguiente secuencia de permeabilidades: Ca2+ >> Cs+ > Na+. Li+>> Tris+. Los resultados indican que los a9a10 son altamente permeables al Ca2+ y que este catión modula la corriente a través de dicho receptor. Finalmente, cabe señalar que la entrada de Ca2+ a través del receptor 9 10 fue capaz de inducir la respuesta secretora en células cromafines de rata. / --- The recent identification of a9 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subunits and of its interacting partner a10 in sensory cells of the auditory apparatus and dorsal root ganglia neurones, prompted us to investigate whether they could also participate in the efferent synaptic signalling at the adrenal medulla level. We have measured nAChR-mediated currents in rat chromaffin cells by using the whole-cell configuration of the patch-clamp technique. Acetylcholine (ACh) and nicotine (Nic) activated inward currents in chromaffin cells with EC50 of 63 and 24 μM, respectively. Choline, a selective agonist a7 and a9a10 nAChRs, and oxotremorine-M (Oxo-M), a selective agonist of a9a10-containing nAChRs, elicited inward currents that, reached values of 13% and 27%, respectively, of the maximum elicited by ACh (100μM). a-bungarotoxin partially blocked (IC50 of 3,13nM) currents induced by Oxo-M (300 μM) in a reversible manner, suggesting the presence of the a9a10 subtype in chromaffin cells. The inhibitory effects of d-tubocurarine, strychnine, atropine and nicotine on Oxo-M-induced currents confirmed this interpretation. Ionic selectivity of the a9a10 nAChRs study established the following permeability sequence for: Ca2+ >> Cs+ > Na+ Li+>> Tris+. Our results show that the a9a10 receptor is highly permeable to Ca2+ and that is also capable of modulating a9a10-mediated currents. Just, Ca2+ ions entering the cell through a9a10 nAChRs-associated channels were shown to promote exocytosis –as estimated by membrane capacitance monitoring- in chromaffin cells with the membrane potential held at -30mV.

Receptores nicotínicos da acetilcolina são encontrados na retina de pintos desde o início do desenvolvimento embrionário. As propostas desse trabalho foram caracterizar esses receptores no desenvolvimento de células de retinas embrionárias de pinto com oito dias, em cultura, e investigar se luzindole, um antagonista de receptores de melatonina, interfere com a atividade, distribuição e número desses receptores. Os ensaios funcionais foram feitos através de microfisiometria, método no qual é medido o aumento da velocidade de acidificação do meio extracelular de células em cultura, provocado pela ativação de receptores por agonistas. Os resultados são expressos como o percentual de aumento da velocidade de acidificação do meio extracelular acetilcolina-estimulado sobre a velocidade de acidificação do meio extracelular basal (ECAR % basal). A eficácia da acetilcolina aumentou do quarto dia de cultura para o quinto dia, decaindo ao oitavo dia, sendo bloqueada de modo dependente de concentração por dihidro-β-eritroidina (a partir de 10 µM), ao quarto dia e por α-bungarotoxina (10nM), ao quinto e sexto dia de cultivo, não ocorrendo o inverso. Para os ensaios de ligação, utilizou-se [125I] α-bungarotoxina, e ao quarto dia de cultivo houve maior número de sítios, menor afinidade e maior grau de cooperatividade. Ao quinto dia de cultivo ocorreu o inverso. Foi investigado, por imunocitoquímica, o desenvolvimento da distribuição da imunorreatividade para as subunidades α3 e α8 e ambas foram encontradas em culturas de quatro e seis dias, estando α3 principalmente em corpos neuronais e dendritos proximais e α8 principalmente em prolongamentos. O tratamento crônico com luzindole não interferiu com o padrão de distribuição das subunidades α3 e α8 em culturas de quatro ou seis dias, em nenhum tempo de cultivo. Também não interferiu no número de sítios, na constante de associação e no tempo de equilíbrio da ligação de [125I] α-bungarotoxina, nas culturas cultivadas por cinco dias. Entretanto, a resposta à acetilcolina em culturas de cinco e seis dias foi inibida de modo concentração e tempo dependente por luzindole, sem apresentar somação com a inibição por α-bungarotoxina. Concluiu-se que na cultura de células de retina a eficácia do agonista acetilcolina é dependente do desenvolvimento, se deve principalmente a receptores formados de subunidades α3 e α8, ao quarto e quinto dias de cultivo, respectivamente, e que o bloqueio de receptores de melatonina com luzindole inibe a resposta à acetilcolina somente ao quinto e sexto dias de desenvolvimento, provavelmente, pela inibição de outro sistema de neurotransmissão, localizado nos mesmos neurônios que contém receptores sensíveis a α-bungarotoxina em suas ramificações, como o sistema glutamatérgico. / Nicotinic acetylcholine receptors are expressed in the chick retina very early in embryonic development. The present study aimed to characterize the nicotinic acetylcholine receptors during embryonic chick retinal cell culture development and to investigate if luzindole, a melatonin receptor antagonist, is able to change the activity, distribution, and number of these receptors. The functional assays were done by microphysiometry, a method in which the increasing, agonist-stimulated, extracellular acidification rate is measured in cultured cells. The results are expressed in terms of the percentual of the acetylcholine-stimulated extracellular acidification rate over the basal extracellular acidification rate (% basal ECAR). The acetylcholine efficacy increased from the fourth to the fifth day, diminishing at the eighth culture day, and was inhibited, concentration-dependently, by dihydro-β-erythroidine (starting at 10 µM), in the retinal cells cultured for four days, and by α-bungarotoxin (10nM), in the retinal cells cultured for five and six days. The opposite did not occur. We have used [125I] α-bungarotoxin for the binding assays, and retinal cells cultured for four days presented in these assays a higher maximal-binding, smaller affinity, and higher degree of the cooperativity than retinal cells cultured for five days. Immunocytochemistry was used to characterize the development of the α3 and α8 subunits. Each of these subunits was characteristically distributed throughout the cell, independent of the age of culture. Alpha3 was mainly observed in the perikarya and proximal dendrites, whereas α8 was basically seen in processes. The distribution of the α3 and α8 immunoreactivity was not changed after chronic luzindole treatment. Also, the time of the equilibrium, the association rate, and the number of the [125I] α-bungarotoxin (10nM) binding sites were not different with or without chronic luzindole treatment in cells cultured for five days. However, the acetylcholine efficacy in the retinal cells cultured for five and six days was inhibited by luzindole, an effect that was concentration and time dependent, and that exhibited no summation with the inhibition by α-bungarotoxin. In conclusion, the acetylcholine efficacy is dependent on retinal cell culture development, and it acts mainly through neuronal nicotinic receptors comprising α3 subunits in the fourth day, and α8 subunits in the fifth day. Acetylcholine action is inhibited by melatonin receptor blockage by luzindole only at the fifth and sixth days, probably by inhibition of other receptors located in the same cells that harbor α-bungarotoxin-sensitive receptors, such as glutamate receptors.

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DGICYT (PB95-0690 y PB92-0346); Science Plan de la Comunidad Económica Europea (SC1*CT91-0666)

Receptores nicotínicos da acetilcolina são encontrados na retina de pintos desde o início do desenvolvimento embrionário. As propostas desse trabalho foram caracterizar esses receptores no desenvolvimento de células de retinas embrionárias de pinto com oito dias, em cultura, e investigar se luzindole, um antagonista de receptores de melatonina, interfere com a atividade, distribuição e número desses receptores. Os ensaios funcionais foram feitos através de microfisiometria, método no qual é medido o aumento da velocidade de acidificação do meio extracelular de células em cultura, provocado pela ativação de receptores por agonistas. Os resultados são expressos como o percentual de aumento da velocidade de acidificação do meio extracelular acetilcolina-estimulado sobre a velocidade de acidificação do meio extracelular basal (ECAR % basal). A eficácia da acetilcolina aumentou do quarto dia de cultura para o quinto dia, decaindo ao oitavo dia, sendo bloqueada de modo dependente de concentração por dihidro-β-eritroidina (a partir de 10 µM), ao quarto dia e por α-bungarotoxina (10nM), ao quinto e sexto dia de cultivo, não ocorrendo o inverso. Para os ensaios de ligação, utilizou-se [125I] α-bungarotoxina, e ao quarto dia de cultivo houve maior número de sítios, menor afinidade e maior grau de cooperatividade. Ao quinto dia de cultivo ocorreu o inverso. Foi investigado, por imunocitoquímica, o desenvolvimento da distribuição da imunorreatividade para as subunidades α3 e α8 e ambas foram encontradas em culturas de quatro e seis dias, estando α3 principalmente em corpos neuronais e dendritos proximais e α8 principalmente em prolongamentos. O tratamento crônico com luzindole não interferiu com o padrão de distribuição das subunidades α3 e α8 em culturas de quatro ou seis dias, em nenhum tempo de cultivo. Também não interferiu no número de sítios, na constante de associação e no tempo de equilíbrio da ligação de [125I] α-bungarotoxina, nas culturas cultivadas por cinco dias. Entretanto, a resposta à acetilcolina em culturas de cinco e seis dias foi inibida de modo concentração e tempo dependente por luzindole, sem apresentar somação com a inibição por α-bungarotoxina. Concluiu-se que na cultura de células de retina a eficácia do agonista acetilcolina é dependente do desenvolvimento, se deve principalmente a receptores formados de subunidades α3 e α8, ao quarto e quinto dias de cultivo, respectivamente, e que o bloqueio de receptores de melatonina com luzindole inibe a resposta à acetilcolina somente ao quinto e sexto dias de desenvolvimento, provavelmente, pela inibição de outro sistema de neurotransmissão, localizado nos mesmos neurônios que contém receptores sensíveis a α-bungarotoxina em suas ramificações, como o sistema glutamatérgico. / Nicotinic acetylcholine receptors are expressed in the chick retina very early in embryonic development. The present study aimed to characterize the nicotinic acetylcholine receptors during embryonic chick retinal cell culture development and to investigate if luzindole, a melatonin receptor antagonist, is able to change the activity, distribution, and number of these receptors. The functional assays were done by microphysiometry, a method in which the increasing, agonist-stimulated, extracellular acidification rate is measured in cultured cells. The results are expressed in terms of the percentual of the acetylcholine-stimulated extracellular acidification rate over the basal extracellular acidification rate (% basal ECAR). The acetylcholine efficacy increased from the fourth to the fifth day, diminishing at the eighth culture day, and was inhibited, concentration-dependently, by dihydro-β-erythroidine (starting at 10 µM), in the retinal cells cultured for four days, and by α-bungarotoxin (10nM), in the retinal cells cultured for five and six days. The opposite did not occur. We have used [125I] α-bungarotoxin for the binding assays, and retinal cells cultured for four days presented in these assays a higher maximal-binding, smaller affinity, and higher degree of the cooperativity than retinal cells cultured for five days. Immunocytochemistry was used to characterize the development of the α3 and α8 subunits. Each of these subunits was characteristically distributed throughout the cell, independent of the age of culture. Alpha3 was mainly observed in the perikarya and proximal dendrites, whereas α8 was basically seen in processes. The distribution of the α3 and α8 immunoreactivity was not changed after chronic luzindole treatment. Also, the time of the equilibrium, the association rate, and the number of the [125I] α-bungarotoxin (10nM) binding sites were not different with or without chronic luzindole treatment in cells cultured for five days. However, the acetylcholine efficacy in the retinal cells cultured for five and six days was inhibited by luzindole, an effect that was concentration and time dependent, and that exhibited no summation with the inhibition by α-bungarotoxin. In conclusion, the acetylcholine efficacy is dependent on retinal cell culture development, and it acts mainly through neuronal nicotinic receptors comprising α3 subunits in the fourth day, and α8 subunits in the fifth day. Acetylcholine action is inhibited by melatonin receptor blockage by luzindole only at the fifth and sixth days, probably by inhibition of other receptors located in the same cells that harbor α-bungarotoxin-sensitive receptors, such as glutamate receptors.

La reciente identificación de las subunidades nicotínicas a9 y a10 en células sensoriales del aparato auditivo y en neuronas de los ganglios raquídeos, motivaron a investigar la posible expresión de estas subunidades en el parénquima adrenomedular. Mediante la técnica electrofisiológica de “patch-clamp”, se ha medido las corrientes mediadas por los receptores nicotínicos de la acetilcolina en células cromafines de rata (nAChRs). Dos agonistas nicotínicos, la acetilcolina (ACh) y nicotina (Nic) activaron corrientes con una concentración eficaz 50 (CE50) de 63 y 24μM, respectivamente. La colina, agonista selectivo de receptores nicotínicos a7 y a9a10, y la oxotremorina-M, agonista del receptor a9a10, indujeron respuestas con eficacias del 13% y 27%, respectivamente, con respecto a la obtenida con ACh (100μM). La bungarotoxina (BgTx) bloqueó parcial y reversiblemente (CI50 de 3,13nM) las corrientes inducidas por Oxo-M (300μM), sugiriendo la presencia de un nAChR formado por subunidades a9 y a10 en esta preparación. Los efectos bloqueantes de d-tubocurarina, estricnina, atropina y Nic sobre corrientes inducidas por Oxo-M confirmaron esta interpretación. El estudio de la selectividad iónica de los nAChRs a9a10, determinó la siguiente secuencia de permeabilidades: Ca2+ >> Cs+ > Na+. Li+>> Tris+. Los resultados indican que los a9a10 son altamente permeables al Ca2+ y que este catión modula la corriente a través de dicho receptor. Finalmente, cabe señalar que la entrada de Ca2+ a través del receptor 9 10 fue capaz de inducir la respuesta secretora en células cromafines de rata. / The recent identification of a9 nicotinic acetylcholine receptor (nAChR) subunits and of its interacting partner a10 in sensory cells of the auditory apparatus and dorsal root ganglia neurones, prompted us to investigate whether they could also participate in the efferent synaptic signalling at the adrenal medulla level. We have measured nAChR-mediated currents in rat chromaffin cells by using the whole-cell configuration of the patch-clamp technique. Acetylcholine (ACh) and nicotine (Nic) activated inward currents in chromaffin cells with EC50 of 63 and 24 μM, respectively. Choline, a selective agonist a7 and a9a10 nAChRs, and oxotremorine-M (Oxo-M), a selective agonist of a9a10-containing nAChRs, elicited inward currents that, reached values of 13% and 27%, respectively, of the maximum elicited by ACh (100μM). a-bungarotoxin partially blocked (IC50 of 3,13nM) currents induced by Oxo-M (300 μM) in a reversible manner, suggesting the presence of the a9a10 subtype in chromaffin cells. The inhibitory effects of d-tubocurarine, strychnine, atropine and nicotine on Oxo-M-induced currents confirmed this interpretation. Ionic selectivity of the a9a10 nAChRs study established the following permeability sequence for: Ca2+ >> Cs+ > Na+ Li+>> Tris+. Our results show that the a9a10 receptor is highly permeable to Ca2+ and that is also capable of modulating a9a10-mediated currents. Just, Ca2+ ions entering the cell through a9a10 nAChRs-associated channels were shown to promote exocytosis –as estimated by membrane capacitance monitoring- in chromaffin cells with the membrane potential held at -30mV.