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Publicação
Presynaptic mechanisms in the hypoxia-induced suppression of synaptic transmission in the rat hippocampus
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
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Orientador(es)
Resumo(s)
A redução dos níveis de oxigénio (hipóxia) provoca a rápida inibição da actividade neuronal. Este
efeito sobre a actividade sináptica é considerado uma estratégia neuroprotectora, pois permite
minimizar alterações dos níveis de carga energética celular provocados pela redução de oxigénio.
A adenosina (um produto de degradação do ATP) desempenha um papel determinante nos
eventos que resultam na inibição da transmissão sináptica durante a hipóxia. Em situações de
stress celular, como é o caso da hipóxia, os níveis extracelulares de adenosina aumentam cerca de
100 vezes. A consequente activação dos receptores de subtipo A1, que exercem um efeito tónico
inibitório na actividade neuronal, é em grande medida responsável pela depressão da transmissão sináptica durante a hipóxia. No entanto, o bloqueio dos receptores A1 atenua, mas não suprime, a
depressão da transmissão sináptica durante a hipóxia. No trabalho agora apresentado
investigamos a hipótese de que o componente da depressão da transmissão sináptica que não
depende da activação dos receptores A1, resulte da activação de outros receptores presentes nos terminais sinápticos dos neurónios piramidais da área CA3 do hipocampo. Os mecanismos
responsáveis pela inibição da actividade sináptica durante a hipóxia são propostos reflectir uma
acção regulada e não uma falha de mecanismos reguladores. De acordo com esta hipótese, a entrada de cálcio no terminal pré-sináptico, essencial para a libertação evocada de
neurotransmissores, deverá reflectir a inibição regulada da transmissão sináptica observada durante a hipóxia, resultado da acção de receptores présinápticos na regulação da libertação de
glutamato. Dado a importância das respostas mediadas pelos receptores A1 da adenosina, é
também importante estabelecer se estes receptores sofrem dessensibilização após exposição a
estímulos intensos e prolongados.
Confirmamos que tanto o componente dependente da activação dos receptores A1 como o
independente, apresenta características que sugerem um mecanismo pré-sináptico para a supressão da transmissão sináptica. Em suporte desta ideia, a relação de dependência entre a
entrada de cálcio e transmissão sináptica não se alterou significativamente durante a inibição
induzida pela hipóxia, conclusivamente demonstrando, que a supressão decorre de uma acção inibitória regulada e não de falha, desregulada, dos mecanismos de libertação de
neurotransmissores.
Dos vários receptores presentemente investigados -GABAB, α2-adrenérgico e muscarínicos- cerca de 20% da inibição da transmissão sináptica durante hipóxia depende da activação endógena dos
receptores muscarínicos do subtipo M2 em condições de bloqueio da acção mediada pelos receptores A1 da adenosina. A preponderância do efeito mediado pelo receptor A1 é
provavelmente consequência do mecanismo operado por estes receptores, com efeito a inibição
dos canais de cálcio do tipo N, com marcados efeitos na transmissão sináptica, é suficiente para reverter a atenuação da depressão da transmissão sináptica aquando do bloqueio dos receptores
A1. No entanto, a exposição a hipóxia por um período prolongado (1 hora) foi suficiente para
produzir um decréscimo na eficiência das repostas mediadas pelo receptor A1, associado a uma redução da densidade dos receptores A1 presentes na membrana de terminais pré-sinápticos.
Resultados semelhantes obtidos com um modelo animal de epilepsia do lobo temporal, no qual se
verifica igualmente uma activação prolongada dos receptores A1 pelo seu ligando endógeno,
sugerem que ao contrário do que está descrito para agonistas exógenos, o ligando endógeno dos
receptores A1 causa redução da eficiência das respostas mediadas por estes receptores numa escala temporal mais reduzida. Estes resultados sugerem que a janela temporal para mecanismos protectores mediados pelos receptores A1 pode ser relativamente pequena e que, em situações de necessidade prolongada de redução dos níveis de actividade sináptica, outros mecanismos aparentemente redundantes, podem operar para assegurar a manutenção de níveis reduzidos de
actividade.
Por outro lado, os receptores A2A ao contrário dos receptores A1, exibem a capacidade funcional
de modular a actividade dos transportadores equilibrativos de nucleósidos. Este efeito é relevante
em situações de intensa actividade sináptica em que a rápida exclusão de adenosina do espaço
extracelular permite ultrapassar o efeito tónico inibitório dos receptores A1, mas pode também ter
vantagens em termos de neuroprotecção e ser parte nomeadamente, do efeito neuroprotector
atribuído a antagonistas dos receptores A2A para adenosina.
Oxygen deprivation elicits a fast suppression of synaptic transmission. This inhibition is thought to underlie a protective strategy to curtail energy expenditure. Adenosine (a product of ATP degradation) plays a major role in the mechanisms leading to the suppression of synaptic transmission in such situations. Following hypoxia there is increased adenosine production and consequent activation of adenosine A1 receptors, which have been shown to mediate the inhibitory effects of adenosine on neuronal activity. Blocking A1 receptors produces a large attenuation, but does not prevent the depression of synaptic transmission during hypoxia. We hypothesize that the A1 receptor independent component may be due to the activation of other receptors located presynaptically in the terminals of CA3 neurons that synapse onto CA1 pyramidal cells, reflecting a regulated inhibitory action rather then a failure of release mechanisms. According to our hypothesis, presynaptic calcium influx regulating evoked transmitter release should reflect the suppression of synaptic transmission as a consequence of receptor-mediated inhibition of presynaptic glutamate release. These mechanisms may play more relevant roles if A1 mediate responses become altered by desensitization ensuing from the hypoxic insults. It was found that depression of synaptic transmission, both A1 receptor-dependent and independent, displays characteristics that suggest an underlying presynaptic mechanism. This was further demonstrated by the unchanged calcium dependency of synaptic transmission during hypoxia as compared to normoxic conditions, suggesting that regulated inhibition of presynaptic calcium entry underlies the reduction in synaptic transmission. Of the several receptors investigated in our study (GABAB, α2-adrenergic and muscarinic receptors), endogenous activation of muscarinic M2 receptors was found to participate (~20%) in the inhibitory activity that leads to the depression of synaptic transmission during hypoxia. This effect was apparent only when adenosine A1 receptor mediated effects were prevented, suggesting A1 receptor activation as the main mechanism contributing to the suppression of synaptic transmission during hypoxia. Accordingly, inhibition of N-type channels was sufficient to mimic the A1 receptor effect when A1 receptors were blocked. However, a prolonged (1 hour) hypoxia period produced a functional decrease in A1 receptor mediated responses and correlated with a decrease in A1 receptor density at presynaptic terminals. Similarly, a functional desensitization was observed in hippocampal slices obtained from rats subjected to an experimental chronic model of temporal lobe epilepsy in rats, kindling, suggesting that unlike what was previously reported for exogenous agonists, prolonged exposure to endogenous adenosine is able to produce a desensitization of the A1 mediated responses due to an reduction in receptor numbers at the cell surface. These changes may represent an opportunity for apparently redundant mechanisms to contribute to the maintenance of dampened cellular activity in situations of reduced A1 receptor function, through other receptor operated systems, such as the muscarinic M2 receptors. On the other hand A2A receptors, unlike A1 receptors, exert control over the extracellular levels by modulating the activity of membrane equilibrative nucleoside transporters. This effect, suggested to be relevant for situations of increased neuronal activity to bypass tonic A1 activation, could also be valuable to neuroprotective strategies and indeed the reported role of A2A receptors in various neurodegenerative processes.
Oxygen deprivation elicits a fast suppression of synaptic transmission. This inhibition is thought to underlie a protective strategy to curtail energy expenditure. Adenosine (a product of ATP degradation) plays a major role in the mechanisms leading to the suppression of synaptic transmission in such situations. Following hypoxia there is increased adenosine production and consequent activation of adenosine A1 receptors, which have been shown to mediate the inhibitory effects of adenosine on neuronal activity. Blocking A1 receptors produces a large attenuation, but does not prevent the depression of synaptic transmission during hypoxia. We hypothesize that the A1 receptor independent component may be due to the activation of other receptors located presynaptically in the terminals of CA3 neurons that synapse onto CA1 pyramidal cells, reflecting a regulated inhibitory action rather then a failure of release mechanisms. According to our hypothesis, presynaptic calcium influx regulating evoked transmitter release should reflect the suppression of synaptic transmission as a consequence of receptor-mediated inhibition of presynaptic glutamate release. These mechanisms may play more relevant roles if A1 mediate responses become altered by desensitization ensuing from the hypoxic insults. It was found that depression of synaptic transmission, both A1 receptor-dependent and independent, displays characteristics that suggest an underlying presynaptic mechanism. This was further demonstrated by the unchanged calcium dependency of synaptic transmission during hypoxia as compared to normoxic conditions, suggesting that regulated inhibition of presynaptic calcium entry underlies the reduction in synaptic transmission. Of the several receptors investigated in our study (GABAB, α2-adrenergic and muscarinic receptors), endogenous activation of muscarinic M2 receptors was found to participate (~20%) in the inhibitory activity that leads to the depression of synaptic transmission during hypoxia. This effect was apparent only when adenosine A1 receptor mediated effects were prevented, suggesting A1 receptor activation as the main mechanism contributing to the suppression of synaptic transmission during hypoxia. Accordingly, inhibition of N-type channels was sufficient to mimic the A1 receptor effect when A1 receptors were blocked. However, a prolonged (1 hour) hypoxia period produced a functional decrease in A1 receptor mediated responses and correlated with a decrease in A1 receptor density at presynaptic terminals. Similarly, a functional desensitization was observed in hippocampal slices obtained from rats subjected to an experimental chronic model of temporal lobe epilepsy in rats, kindling, suggesting that unlike what was previously reported for exogenous agonists, prolonged exposure to endogenous adenosine is able to produce a desensitization of the A1 mediated responses due to an reduction in receptor numbers at the cell surface. These changes may represent an opportunity for apparently redundant mechanisms to contribute to the maintenance of dampened cellular activity in situations of reduced A1 receptor function, through other receptor operated systems, such as the muscarinic M2 receptors. On the other hand A2A receptors, unlike A1 receptors, exert control over the extracellular levels by modulating the activity of membrane equilibrative nucleoside transporters. This effect, suggested to be relevant for situations of increased neuronal activity to bypass tonic A1 activation, could also be valuable to neuroprotective strategies and indeed the reported role of A2A receptors in various neurodegenerative processes.
Descrição
Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas (Neurociências), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2010
Palavras-chave
Neurociências Adenosina Sinapses Hipocampo Anoxia Ratos Teses de doutoramento - 2010