Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Caracterización y función de las corrientes activadas por hiperpolarización en neuronas piramidales de la lámina V de la corteza prefrontal |
| Autor: | Pomata, Pablo Ernesto |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Lugar de trabajo: | Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular (INGEBI)
|
| Publicación en la Web: | 2023-05-09 |
| Fecha de defensa: | 2006 |
| Fecha en portada: | 2006-07 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Fisiología, Biología Molecular y Celular |
| Director: | Calvo, Daniel Juan |
| Idioma: | Español |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4066_Pomata |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n4066_Pomata.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n4066_Pomata |
| Ubicación: | BIO 004066 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Pomata, Pablo Ernesto. (2006). Caracterización y función de las corrientes activadas por hiperpolarización en neuronas piramidales de la lámina V de la corteza prefrontal. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4066_Pomata |
Resumen:
En este trabajo se estudiaron las propiedades y las funciones de las corrientesactivadas por hiperpolarización en neuronas piramidales de la lámina V de la cortezaprefrontal utilizando la técnica de "patch-clamp" en configuración célula entera enrebanadas agudas de cerebro. La corriente catiónica activada por la hiperpolarización (Ih) ha sido involucradaen varios roles a nivel celular como el control de la actividad rítmica en célulasmarcapaso cardíacas y neuronas del sistema nervioso central, el mantenimiento del potencial de reposo cerca del umbral de disparo, participación de las propiedades de disparo de potenciales de acción en neuronas sin actividad rítmica, la regulación de la integración sináptica en neuronas piramidales e intervención en algunos tipos de plasticidad sináptica. Las neuronas piramidalesde la lámina V de la corteza cerebral reciben gran cantidad de sinapsis y sonla principal vía de salida de la información hacia regiones subcorticales,por lo que están en una posición privilegiada para ejercer el controlde la información procesada en la corteza cerebral. La corteza prefrontales una región asociada a funciones cognitivas complejas y al control de comportamientos voluntarios motivados. Se cree que está involucrada en enfermedadesneuropsiquiátricas como la esquizofrenia, el déficit de atención con desordenhiperactivo (ADHD), el mal de Parkinson y la adicción a drogas. Se encontró que estas neuronas expresan dos corrientes activadas por hiperpolarización,una lenta (Ih) y una rápida (Ikir, inward rectifier K+ current). Para aislarcada una de estas componentes se utilizó BaCl2, un bloqueante de Ikir, y ZD7288, un bloqueantede Ih. El BaCl2 inhibió Ikir en forma dosis dependiente sin efectosobre Ih hasta 200 uM, con un EC50 de 113,3 +- 2,3 uM. El ZD7288 bloqueó Ihen forma dosis dependiente con un EC50 de 1,65 uM +- 0,6. El estudio de las propiedadesbiofísicas de Ih mostró que cerca del V50 su amplitud fue de 219 +- 16pA y su activacióntuvo dos constantes de tiempo, 169 +- 28 ms y 1306 +- 89 ms. El potencialde reversión y el V50 de Ih fueron -83,6 +- 2,4 mV y -17,6 +- 2,4 mV, respectivamente. Se encontró que Ih en estas neuronas tiene baja sensibilidad a los nucleótidoscíclicos ya que la aplicación de 8Br-cAMP intracelular corrió el V50 de -83,6 +- 2,3 mV a -77,3 +- 3 mV (p = 0,0024). Sin embargo ni dopamina ni serotonina tuvieron efecto sobre Ih en nuestras condiciones. En su conjuntolas características de Ih en neuronas piramidales de la lámina V de corteza prefrontal son similares a las encontradas en hipocampo y corteza somatosensorial deroedores. Estas regiones tienen una alta expresión de la subunidad HCN1 cuyascaracterísticas son similares a las descriptas. En la segunda parte de este trabajo, para entender el rol de Ih en estas neuronas, se estudió el efecto del ZD7288 sobre la excitabilidad y la propagación de potenciales de acción por las dendritas. La aplicación de ZD7288 20 uM produceuna hiperpolarización de 6,9 mV indicando la contribución de Ih al mantenimientodel potencial de reposo. El bloqueo Ih redujo la amplitud de la hiperpolarización post-potencial (AHP) producida luego del disparo en ráfagas en forma dependientedel potencial de reposo. El ZD7288 reduce el AHP a -70mV y -80mV mientras que no tieneefecto a -60mV. Inversamente el AHP a -60mV es inhibido por bloqueantes de la entrada de Ca2+ mientras que a -80 el Ca2+ no contribuye al AHP, indicando que está mediado por Ih. Se estudió si la alta densidad de canales HCN reportada en las dendritas de estas neuronas afecta la propagación de potenciales por la dendrita apical usando un colorante sensible a Ca2+. Se evocaron potenciales de acción somáticos y al mismo tiempo se midió el transitorio de Ca2+ provocado por la apertura de canales de Ca2+ voltaje dependiente en el soma y la región proximal de la dendrita apical. La propagación de potenciales de acción hacia las dendritas provocó un mayor aumento de la entrada de Ca2+ intracelular cuando Ih fue bloqueada con ZD7288 o CsCl en aproximadamente un 20%. Este efecto no fue detectado en el soma. Estos resultados sugieren que Ih participa activamente en el control de la excitabiliad de las neuronas piramidales regulando el patrón de disparo y la propagación retrógrada de potenciales de acción.
Abstract:
In the present work we performed whole-cell patch-clamp recordings in acute brainslices in order to elucidate the role and the characteristics of hiperpolarization-activated cationic current (Ih) in layer V pyramidal neurons of mouse frontal cortex. Ih is involved in several functions such as regulation of burst firing in pacemakercells in heart and central neurons, maintainig the resting potential near threshold,contributing to firing patterns in neurons that lack oscillatory firing, control of synaptic integrative properties in pyramidal neurons and regulation of synapticplasticity. Layer V pyramidal neurons receive profuse synaptic input and are the mainoutput to subcortical nucleus. There are a possible point of control of information flow. The prefrontal cortex is a region involved in high order cognitive functions and goal directed behavior. It is involved in pathophysiology of neuropsychiatric disorder like schizophrenia,attentional deficit hyperactive disorder (ADHD) and parkinson disease and drug addiction. Two hyperpolarization-activated currents were identified; an instantaneous componentpresumable the inward rectifier potassium current (Ikir), and a slowlyactivating component, Ih. Extracellular application of BaCl2 blocked Ikir (IC50 = 113.3 +- 2.3 uM) without reducing Ih up to concentrations of 200 uM. ZD7288potently blocked Ih (IC50 1.65 uM +- 0.6). The study of biophysical properties of Ih showed that near V50 the amplitude was -219 +- 16 pA. Activation was well fitted bytwo time constant of 169 +- 28 ms and 1306 +- 89 ms. The V50 and the extrapolated reversal potential of Ih were -83.6 +- 2.4 mV and -17.6 +- 2.4 mV, respectively. The application of intracellular 8Br-cAMP at 10 uM induced a shift in the activation curve from -83.6 +- 2.3 mV a -77.3 +- 3 mV (p = 0.0024). However, neither dopamine nor serotonin were able to modulate the amplitude of Ih in our conditions. Thecharacteristic of Ih in layer V pyramidal neurons of the prefrontal cortex were similarto those described in pyramidal neurons from hippocampus and somatosensory cortex. These regions are rich in the HCN1 subunit whose characteristic are similar to those described here. The selective blocker ZD7288 was used to address the role of Ih in excitabilityand action potential propagation in dendrites. Applications of ZD7288 20 uM at resting potential induced and hiperpolarization of 6.9 mV indicating the involvement inmaintainig resting potential. ZD7288 also reduced the AHP after a train of action potentials. To corroborate this observation we measured the amplitude of the AHP at different resting potentials. The application of ZD7288 20 uM abolished the AHP at 80 mV but had no effect at -60 mV. The perfusion with Ca2+ channel blockers reduced AHP amplitude at -60 mV but had no effect at -80 mV. These results indicate the participation of Ih in the AHP at hyperpolarized potentials. It was shown Ih participates in the regulation of signals transmitted between thesoma and apical dendrites due to the high expression in apical dendrites. To investigatethis phenomenon we performed simultaneous somatic whole-cell recordings and Ca2+imaging in apical dendrites. We found that blockade of Ih with either ZD7288 20 Um or Cs+ 3mM resulted in an increased dendritic Ca2+ transients evoked by trains of somatically evoked action potentials. No effect was detected on somatic Ca2+ levels. These results shows Ih in layer V pyramidal neurons can regulate the firing properties and the backpropagation of action potential.
Citación:
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Pomata, Pablo Ernesto. (2006). Caracterización y función de las corrientes activadas por hiperpolarización en neuronas piramidales de la lámina V de la corteza prefrontal. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4066_Pomata
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Pomata, Pablo Ernesto. "Caracterización y función de las corrientes activadas por hiperpolarización en neuronas piramidales de la lámina V de la corteza prefrontal". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2006.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n4066_Pomata
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