Effects of intra-dentate gyrus microinjection of myokine irisin on long-term potentiation in male rats / Efeitos da microinjeção da miocina irisina no giro denteado sobre a potenciação a longo prazo em ratos machos

ABSTRACT Induction of long-term potentiation (LTP) increases the storage capacity of synapses in the hippocampal dentate gyrus (DG). Irisin is a myokine generated from FNDC5 (a gene precursor) during exercise. Although intra-cornu ammonis 1 administration of irisin fortifies LTP in mice with Alzheimer's disease, the effects of intra-DG injection of irisin on the LTP in rats remains to be elucidated in vivo. In this study, male Wistar rats were randomly divided into a control group (saline), irisin (0.5, 1, and 1.5 μg/rat), and dimethyl sulfoxide (DMSO). After treatment, the population spike (PS) amplitude and slope of excitatory postsynaptic potentials (EPSP) were measured in the DG of rats in vivo. Moreover, following completion of the experiments, the stimulating and recording sites in the hippocampus were confirmed histologically from brain sections. Furthermore, biochemical assays like malondialdehyde (MDA), total antioxidant capacity (TAC), and total oxidant status (TOS) were evaluated (the antioxidant markers were analyzed in the plasma). Our results suggest that all doses of irisin (0.5, 1, 1.5 μg/rat) caused an increase in the EPSP slope and PS amplitude when compared with the control group. In addition, the results obtained showed that irisin decreased TOS and MDA levels while increasing TAC levels as a marker of lipid peroxidation in plasma. The present report provides direct evidence that irisin affects the activity-dependent synaptic plasticity in the dentate gyrus.

RESUMO A indução de potenciação de longo prazo (LTP) aumenta a capacidade de armazenamento das sinapses no giro denteado (DG) do hipocampo. A irisina é uma miocina gerada a partir do FNDC5 (um precursor genético) durante o exercício. Embora a administração intra-Cornu Ammonis1 de irisina fortaleça a LTP em camundongos com doença de Alzheimer, os efeitos da injeção intra-denteada de irisina sobre a LTP em ratos ainda precisam ser elucidados in vivo. Neste estudo, ratos Wistar machos foram divididos aleatoriamente em um grupo controle (solução salina), irisina (0,5, 1 e 1,5 μg / rato) e dimetilsulfóxido (DMSO). Após o tratamento, a amplitude do pico populacional (PS) e a variação dos potenciais pós-sinápticos excitatórios (EPSP) foram medidos no DG de ratos in vivo. Além disso, após a conclusão das experiências, os locais de estimulação e registro no hipocampo foram confirmados histologicamente a partir de secções do cérebro. Adicionalmente, ensaios bioquímicos como malondialdeído (MDA), capacidade antioxidante total (TAC) e status oxidante total (TOS) foram avaliados (os marcadores antioxidantes foram analisados no plasma). Nossos resultados sugerem que todas as doses de irisina (0,5, 1, 1,5 μg / rato) causaram um aumento na variação da EPSP e na amplitude da PS quando comparadas com o grupo controle. Além disso, os resultados obtidos mostraram que a irisina diminuiu os níveis de TOS e MDA, enquanto aumentou os níveis de TAC como um marcador da peroxidação lipídica no plasma. O presente estudo fornece evidências diretas de que a irisina afeta a plasticidade sináptica dependente de atividade no DG.

Effect of intra-hippocampal injection of human recombinant growth hormone on synaptic plasticity in the nucleus basalis magnocellularis-lesioned aged rats / Efeito da injeção intrahipocampal de hormônio do crescimento humano recombinante sobre a plasticidade sináptica em ratos envelhecidos lesados do núcleo basalis magnocellularis

ABSTRACT In this study, we proposed that administration of hippocampal growth hormone in ageing animals with growth hormone deficiency can compensate long-term potentiation and synaptic plasticity in nucleus basalis magnocellularis (NBM)-lesioned rats. Aged male Wistar rats were randomly divided into six groups (seven in each) of sham-operated healthy rats (Cont); NBM-lesioned rats (L); NBM-lesioned rats and intrahippocampal injection of growth hormone vehicle (L + Veh); NBM-lesioned and intrahippocampal injection of growth hormone (10, 20 and 40 µg.2 µl-1) (L + GH). In vivo electrophysiological recording techniques were used to characterize maintenance of long-term potentiation at distinct times (1, 2, 3, 24 and 48 hours) after high-frequency stimulation. The population spike was enhanced significantly for about 48 hours following tetanic stimulation in rats treated with a dose-dependent growth hormone compared to the vehicle group (p < 0.05), possibly through neuronal plasticity and neurogenesis in affected areas.

RESUMO Neste estudo, propusemos que a administração de hormônio hipocampal do crescimento em animais envelhecidos com deficiência de hormônio do crescimento pode compensar a potencialização em longo prazo e a plasticidade sináptica em ratos lesados do núcleo basalis magnocellularis (NBM). Ratos machos Wistar foram divididos aleatoriamente em seis grupos (sete ratos em cada grupo) de ratos falso-operados saudáveis (Cont); ratos lesados do NBM (L); ratos lesados do NBM e injeção intrahipocampal de veículo de hormônio do crescimento (L + Veh); ratos lesados do NBM e injeção de hormônio do crescimento (10, 20 e 40 μg.2 μl-1) (L + GH). Técnicas de registro eletrofisiológico in vivo foram utilizadas para caracterizar a manutenção da potencialização em longo prazo em momentos distintos (1, 2, 3, 24 e 48 horas) após estimulação de alta frequência. O pico populacional aumentou significativamente cerca de 48 horas após a estimulação tetânica em ratos tratados com um hormônio do crescimento dose-dependente, em comparação com o grupo veículo (p <0,05), possivelmente através da plasticidade neuronal e da neogênese nas áreas afetadas.

Indução prévia de LTP na via CA1-córtex pré-frontal medial de ratos bloqueia os prejuízos de plasticidade pré-sináptica induzidos por modelo de psicose pós-ictal in vivo / Prevention of the CA1-mPFC pre-synaptic plasticity impairments in a post-ictal psychosis model 'in vivo'

O objetivo do presente trabalho foi testar se a indução de potenciação de longa duração (LTP) no córtex frontal seria capaz de bloquear os efeitos depressores sobre a plasticidade pré-sináptica da via hipocampo (CA1)-córtex pré-frontal medial (mPFC) induzidos por pós-descarga no hipocampo (AD; atividade epiléptica) ou pela injeção sistêmica de cetamina (KET; modelo farmacológico de psicose). Ratos anestesiados com uretana receberam implantes de eletrodos de estimulação e registro, em CA1 e mPFC, respectivamente. Estímulos elétricos monofásicos pareados foram aplicados em CA1 a cada 20s para eliciar potenciais pós-sinápticos de campo (P1 e P2) no mPFC. Avaliamos a plasticidade de curta duração através da facilitação por pulso pareado (PPF), definida pela razão entre as amplitudes de P2 e P1. Após 90min de registros de linha de base, grupos independentes de animais receberam aplicação de AD, injeção de KET-S(+) (12,5 mg/kg i.p.) ou injeção de veículo (NaCl 0,15M), e foram registrados por mais 120min. Em outro experimento registramos 30min de linha de base e aplicamos estímulos de alta frequência (HFS) para indução de LTP aos 30 e 60min. Trinta minutos depois, os animais receberam KET, AD ou veículo e tiveram seus potenciais corticais registrados por mais 120 min. Nossos resultados mostram que AD gera significativa redução (-50%) da eficiência de transmissão basal na via CA1-mPFC, enquanto KET promove leve aumento (+10%). Ambos os tratamentos também promovem prejuízo significativo da PPF na mesma via (-15%). Além disso, observamos que a indução prévia de LTP atenua as alterações da eficiência basal e bloqueia os prejuízos da PPF na via CA1-mPFC induzidos por KET e AD. Nossos achados reforçam evidências recentes de que moduladores alostéricos positivos de NMDA e AMPA atenuam os prejuízos cognitivos em modelos animais de psicose. Acreditamos, portanto, que a aplicação prévia de HFS na região CA1 do hipocampo pode ser uma ferramenta útil para melhor entendermos como prevenir os prejuízos de plasticidade sináptica no mPFC em modelos de psicose e psicose pós-ictal.

The present work aimed to test whether the induction of cortical long-term potentiation (LTP) was able to prevent the presynaptic plasticity impairment in the hippocampus (CA1)-medial prefrontal cortex (mPFC) pathway induced by hippocampal after-discharge (AD; epileptic activity) or systemic injection of ketamine (KET; pharmacological model of psychosis). Electrodes were stereotaxically positioned into CA1 and mPFC in urethane-anesthetized rats. Monophasic paired-pulses of electrical stimuli were applied to CA1 in order to evoke field post-synaptic potentials (P1 and P2) in the mPFC every 20s. Short-term plasticity was evaluated by measuring paired-pulse facilitation (PPF), defined as the amplitude ratio P2/P1. After 90min of baseline recordings, three independent groups of animals received hippocampal-AD, KET-S(+) (12.5mg/kg, i.p.) or vehicle (NaCl 0.15M) followed by 120min of evoked response monitoring. In an additional experiment, two applications of high-frequency stimuli (HFS) were given at 30 and 60min after baseline. Thirty minutes after the second HFS, the rats received KET, AD or vehicle and their cortical evoked potentials were monitored for further 120min. Our results showed that AD significantly decreased (-50%) whereas KET enhanced (+10%) CA1-mPFC basal synaptic transmission. In addition, AD and KET similarly impaired short-term plasticity in the mPFC (-15%). Interestingly, pre-induction of LTP in the mPFC prevented the PPF disruption induced by KET and AD. Altogether, our findings support recent evidences that positive allosteric modulators of NMDA and AMPA receptors attenuate cognitive impairments in animal models of psychosis. We believe that controlled HFS in CA1 can be a useful tool to better understand how to prevent synaptic plasticity disruptions observed in experimental models of psychosis and pos-ictal psychosis.

The evidence for hippocampal long-term potentiation as a basis of memory for simple tasks

Long-term potentiation (LTP) is the enhancement of postsynaptic responses for hours, days or weeks following the brief repetitive afferent stimulation of presynaptic afferents. It has been proposed many times over the last 30 years to be the basis of long-term memory. Several recent findings finally supported this hypothesis: a) memory formation of one-trial avoidance learning depends on a series of molecular steps in the CA1 region of the hippocampus almost identical to those of LTP in the same region; b)hippocampal LTP in this region accompanies memory formation of that task and of another similar task. However, CA1 LTP and the accompanying memory processes can be dissociated, and in addition plastic events in several other brain regions(amygdala, entorhinal cortex, parietal cortex) are also necessary for memory formation of the one-trial task, and perhaps of many others.

A potenciação de longa duração (LTP) é o aumento de respostas pós-sinápticas durante horas, dias ou semanas após a breve estimulação repetitiva de aferentes pre-sinápticos. Foi proposto durante 30 anos ser a base da memória de longa duração. Vários achados recentes finalmente apoiaram esta hipótese: a) a formação da memória de esquiva inibitória adquirida numa sessão depende de uma cadeia de processos moleculares na região CA1 do hipocampo quase idêntica à da LTP nessa mesma região; b) LTP hipocampal nessa região acompanha a formação da memóría dessa tarefa e de outra semelhante. No entanto, a LTP de CA1 e os processos de memória podem ser dissociados e, fora disso, processos plásticos em outras regiões cerebrais (amígdala, córtex entorrinal, córtex parietal) também são necessários para a formação da memória da tarefa de uma sessão e talvez de muitas outras.