Meccanismi di modulazione presinaptica nei neuroni dopaminergici della Substantia Nigra pars compacta

Presynaptic inhibition is a mechanism of synaptic modulation normally observed in the synapses of the nervous system. This process starts upon activation of a large number of presynaptic receptors and leads to the decreased probability of vesicles to fuse to the cell membrane. One of the most common mechanism consists in the inhibition of the voltage dependent calcium channels (VDCC) located on the active zone of the presynaptic neuron. However, there is evidence for another form of presynaptic inhibition with a direct impairment of the vescicular release machinery. In my thesis I have investigated the mechanisms of presynaptic inhibition by group III metabotropic glutamate receptors (mGluRs) and GABAB receptors of the GABAergic neurotransmission to dopamine (DA) neurones of the rat substantia nigra pars compacta (SNc). The group III mGluRs agonist L-(+)-2-amino-4-phosphonobutyric acid (AP4, 100 μM) and the GABAB receptor agonist baclofen (10 μM) reversibly depressed the frequency of spontaneous inhibitory postsynaptic currents (sIPSCs) to 48.5 ± 3.7 % and 83.6 ± 2.3 % of control, respectively, with no effect in their amplitude. AP4 did not affect miniature inhibitory postsynaptic currents (mIPSCs) recorded in tetrodotoxin (TTX, 1 μM) and cadmium (100 μM), while in TTX (1 μM) and barium (1 mM), mIPSCs frequency was reduced to 75.3 ± 2.8 % of control. In contrast, baclofen reduced mIPSCs frequency either in cadmium (70.0 ± 6.7 % of control) or barium (52.3 ± 2.9 % of control). In TTX and ionomycin (2 μM), baclofen significantly reduced mIPSCs frequency to 71.8 ± 6.9 % of control, while AP4 had no effect. Similarly, in TTX and α-latrotoxin (α-LTX, 0.3 nM), the frequency of mIPSCs was reduced by baclofen to 64.5 ± 4.8 % of control, but was insensitive to AP4. Finally, in the continuous presence of baclofen, AP4 failed to produce any further reduction of sIPSCs frequency. The conclusion of this study is that group III mGluRs depress GABA release to DA neurons of the SNc through inhibition of presynaptic voltage-dependent calcium channels, while presynaptic GABAB receptors also impair transmitter exocytosis, and both mechanisms coexist on the same synapses. This characterization provides new insights about the role of these presynaptic receptors in the physiology of the substantia nigra and their potential involvement in the treatment of neurodegenerative diseases such as Parkinson’s Disease.

L’inibizione presinaptica è un meccanismo di modulazione sinaptica comunemente osservato nelle sinapsi del sistema nervoso centrale e periferico. Questo processo inizia in risposta all’attivazione di un’ampia varietà di recettori presinaptici e porta ad una riduzione della probabilità di fusione delle vescicole con la membrana del terminale sinaptico. Uno dei più comuni meccanismi d’azione consiste nell’inibizione dei canali del calcio voltaggio dipendenti (VDCCs) localizzati nei bottoni presinaptici. Tuttavia, esistono altre forme di inibizione presinaptica con meccanismi che coinvolgono direttamente la machinery di rilascio vescicolare. In questa tesi ho studiato il meccanismo di inibizione presinaptica mediata dal recettore metabotropico del glutammato del tipo III (mGluRs) e dal recettore GABAB nella trasmissione GABAergica dei neuroni dopaminergici della substantia nigra pars compacta (SNc) di ratto. L’AP-4 (100 μM), agonista selettivo del recettore metabotropico del glutammato del tipo III, e il baclofen (10 μM), agonista selettivo del recettore GABAB, riducono reversibilmente la frequenza delle correnti spontanee inibitorie post-sinaptiche (sIPSCs) rispettivamente del 48.5 ± 3.7 % e del 83.6 ± 2.3 % rispetto al controllo, senza avere alcun effetto sull’ampiezza della corrente. L’AP-4, non deprime la frequenza delle correnti inibitorie miniature post-sinaptiche (mIPSCs), registrate in tetrodotossina (TTX, 1 μM) e cadmio (100 μM), mentre è in grado di ridurre la frequenza delle mIPSCs del 75.3 ± 2.8 % rispetto al controllo, in presenza di TTX (1 μM) e bario (1 mM). Al contrario, il baclofen riduce la frequenza delle mIPSCs sia in cadmio (70.0 ± 6.7 % del controllo) sia in bario (52.3 ± 2.9 % del controllo). In TTX e ionomicina (2 μM), il baclofen riduce significativamente la frequenza delle mIPSCs del 71.8 ± 6.9 % del controllo, mentre l’AP-4 non ha effetto. In maniera simile, in presenza di TTX e α-latrotossina (α-LTX, 0.3 nM), la frequenza delle mIPSCs è diminuita del 64.5 ± 4.8 % del controllo dal baclofen, mentre mantiene gli stessi valori in presenza di AP-4. Infine, in continua presenza di baclofen, l’AP-4 non causa un ulteriore riduzione della frequenza delle sIPSCs. La conclusione di questi studi è che i recettori metabotropici del glutammato del tipo III deprimono il rilascio di GABA dai neuroni dopaminergici della SNc , attraverso l’inibizione dei VDCC, mentre i recettori presinaptici GABAB coinvolgono direttamente il rilascio vescicolare del neurotrasmettitore. Inoltre questi due diversi meccanismi di inibizione pre-sinaptica coesistono nello stesso terminale sinaptico. Questa caratterizzazione fornisce nuove conoscenze sul ruolo di questi recettori presinaptici nello studio della fisiologia della substantia nigra e nel loro potenziale uso come target nel trattamento farmacologico di malattie neurodegenerative come il morbo di Parkinson.