The present study examined the hypothesis that NMDA, AMPA/Kainate, and metabotropic (mGlu) glutamate receptors contribute to a behavioral stimulation induced by activation of dopamine receptors by comparing responses in apomorphine-induced cage climbing behaviors in mice. MK-801, CNQX, and MCPG were served as the NMDA receptor, AMPA/Kainate receptor, and mGlu receptor antagonist, respectively, to elucidate the glutamatergic modulation in apomorphine-induced eopaminergic activation in mice. Drugs were administered intracerebroventricularly (i.c.v.) into the mouse brain 15 min before the apomorphine treatment (2 mg/kg, s.c.). 1.c.v. injection of MK-801 inhibited the apomorphine-induced cage climbing behavior dose-dependently. However, treatments with CNQX and MCPG did not any significant change in apomorphine-induced cage climbing behavior in mice. These results suggest that stimulation of NMDA type of glutamate receptors could contribute to the dopaminergic sti mutation, but not AMPA/Kainate and mGlu type glutamate receptors.
Although treatments of anxiety symptom have been available for decades, the biological basis for anxiety disorders in humans is just beginning to emerge. Recently, there is a growing body of literature suggesting that group II metabotrpic glutamate (mGlu) receptors and group I mGlu receptors are important in the physiological and behavioral sequelae associated with stressful stimuli. Moreover, compounds selective for mGlu receptors, particularly mGlu2/3 and/or mGlu5, have proven as effective as classical anxiolytics in various animal models of anxiety without producing many of the unwanted side effects that are typical of current therapies. This article will focus on the emerging preclinical and clinical data that implicate modulation of the mGlu receptors as a potential anxiolytic strategy.
Glutamate and ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) are major excitatory and inhibitory neurotransmitters in the vertebrate retina, respectively. Using the whole-cell patch clamp technique and a rapid solution changer, glutamate and GABA receptors have been extensively investigated in carp retina. Glutamate receptors on both horizontal and amacrine cells may be an AMPA preferring subtype, which predominantly consists of flop splice variants. $GABA_A$ and $GABA_C$ receptors coexist in bipolar cells and they both show significant desensitization. Kinetics analysis demonstrated that activation, deactivation and desensitization of the $GABA_C$ receptor-mediated response of these cells are overall slower than those of the $GABA_A$ response. Endogenous modulator $Zn^{2+}$ in the retina was found to differentially modulate the kinetic characteristics of the $GABA_C$ and $GABA_A$ responses.
Overstimulation of both kainate (KA) and N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors has been reported to induce excitatoxicity which can be characterized by neuronal damage and formation of reactive oxygen free radicals. Neuroprotective effect of melatonin against KA-induced excitotoxicity have been documented in vitro and in vivo. It is, however, not clear whether melationin is also neuroportective against excitotoxicity mediated by NMDA receptors. In the present work, we tested the in vivo protective effects of striatally infused melatonin against the oxidative stress and neuronal damage induced by the injection of KA and NMDA receptors into the rat striatum. Melatonin implants consisting of 22-gauge stainless-steel cannule with melatonin fused inside the tip were placed bilaterally in the rat brain one week prior to intrastriatal injection of glutamate receptor subtype agonists. Melatonin showed protective effects against the elevation of lipid peroxidation induced by either KA or NMDA and recovered Cu, Zn-superoxide dismutase activities reduced by both KA and NMDA into the control level. Melatonin also clearly blocked both KA- and NMDA-receptor mediated neuronal damage assessed by the determination of choline acetyltransferase activity in striatal monogenages and by microscopic observation of rat brain section stained with cresyl violet. The protective effects of melatonin are comparable to those of DNQX and MK801 which are the KA- and NMDA-receptor antagonist, respectively. It is suggested that melatonin could protect against striatal oxidative damages mediated by glutamate receptors, both non-NMDA and NMDA receptors.
Glutamate-induced cobalt uptake reveals non-NMDA glutamate receptors (GluRs) in rat taste bud cells. Previous studies suggest that glutamate-induced cobalt uptake in taste cells occurs mainly via kainate type GluRs. Cobaltstained cells were immunoreactive against GluR6 and KA1 subunits of GluRs. However, the functions of those type of receptors are not known yet. It is important question which types of taste cells are cobalt-stained when stimulated by glutamate and whether they express these kinds of GluRs. Circumvallate and foliate papilla of Sprague-Dawley rats (45-60 days old) were used. A cobalt-staining technique combined with immunohistochemistry against specific markers for taste bud cell types, such as blood group H antigen (BGH), $\alpha$-gustducin (Gus), or neural cell adhesion molecule (NCAM) was employed. We also performed double labeling of GluR6 or KA1 subunits of GluR with each specific marker for taste bud cell types. Lots of cobaltstained taste bud cells expressed Gus-like immunoreactivity, and subsets of the cobalt stained cells appeared NCAM- or BGH-like immunoreactivity. Stimulation with 1 mM glutamate significantly increased the number of cobaltstained cells in Gus-like immunoreactive cells, but not in NCAM- or BGH-like immunoreactive cells. In the double labeling experiments, GluR6 and KA1 subunits of GluRs were mainly expressed with Gus. These results suggest that kainate glutamate receptors preferentially expressed in type II taste bud cells in rat.
Glutamate receptors are important components of synaptic transmission in the nervous system. Especially, ${\alpha}$-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole propionic acid (AMPA) receptors mediate most abundant excitatory synaptic transmission in the brain. There is elaborate mechanism of regulation of AMPA receptors including protein synthesis/degradation, intracellular trafficking, exocytosis/endocytosis and protein modification. In recent studies, it is revealed that functional dysregulation of AMPA receptors are related to major psychiatric disorders. In this review, we describe the structure and function of AMPA receptors in the synapse. We will introduce three steps of mechanism involving trafficking of AMPA receptors to neuronal membrane, lateral diffusion into synapses and synaptic retention by membrane proteins and postsynaptic scaffold proteins. Lastly, we will describe recent studies showing that regulation of AMPA receptors is important pathophysiological mechanism in psychiatric disorders.
Kim, Shin-Hye;Park, Yu-Mi;Sungkwon Chung;Uhm, Dae-Yong;Park, Myoung-Kyu
한국생물물리학회:학술대회논문집
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한국생물물리학회 2003년도 정기총회 및 학술발표회
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pp.40-40
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2003
Spontaneous firing rate and patterns of dopaminergic neurons in midbrain are key factors in determining the level of dopamine at target loci as well as in the mechanisms such as reward and motor coordination. Although glutamate, as a major afferent, is reported to enhance firing rate, the detailed actions of NMDA-, AMPA/kainate-, and metabotropic glutamate receptors (mGluR) on filing patterns are not clear. Thus we have investigated the role of glutamate receptors on the spontaneous firing activities using the network-free, acutely isolated dopamine neurons from substantia nigra pars compacta(SNc) of the 9-14 days rat. The isolated cells showed spontaneous regular firings of near 2.5 Hz, whose rate was enhanced by glutamate at submicromolar levels (0.3 $\square$M) but abolished by high concentrations more than 10 $\square$M.
Long-term potentiation (LTP) at hippocampal CA3-CA1 synapses is often associated with increases in quantal size, traditionally attributed to enhanced availability or efficacy of postsynaptic glutamate receptors. However, augmented quantal size might also reflect increases in neurotransmitter concentration within the synaptic cleft since AMPA-type glutamate receptors are not generally saturated during basal transmission. Here we report evidence that peak cleft glutamate concentration $([glu]_{cleft})$ increases during LTP, as indicated by a lessening of the blocking effects of rapidly unbinding antagonists of AMPA. The efficacy of slowly equilibrating antagonists remained unchanged. The elevated $[glu]_{cleft}$ helps support the increased quantal amplitude of AMPA-type EPSCs (excitatory postsynaptic currents) during LTP.
Objectives : This study was performed in cultured rat hippocampal neurons to investigate the acute electrophysiological features of ionotropic glutamate receptors which act as a major excitatory neurotransmitter in mammalian brain. Method : Glutamate receptor agonists were applied into the bath solution embedding in whole-cell patch-clamp recording of single hippocampal neuron. Results : In voltage-clamped at -60mV and the presence of 1mmol $Mg^{2+}$, extracellulary applied NMDA did not induce any inward current. Both the elimination of $Mg^{2+}$ and addition of glycine in bath, however, elicited a NMDAinduced inward current. $Mg^{2+}$ block current was increased gradually in more negative potentials from -30mV, showing a negative slope in I-V plot with $Mg^{2+}$. Glutamate-induced current represented an outward rectification. A non-NMDA receptor component occupied about 40% of glutamate-induced current in the voltage range of -80mV to +60mV. Conclusion : Present study suggests that glutamate activates acutely the non-NMDA receptors which induces an inward current in the level of resting membrane potential. This makes the membrane potential increase and can activate the NMDA receptors that permit calcium influx against $Mg^{2+}$ block. At the depolarized state of neuron, there may be recovery mechanisms of membrane potential to repolarize irrespective of voltage-dependent potassium channels in the hippocampal neurons.
Chong, Wonee;Kim, Seong Nam;Han, Seong Kyu;Lee, So Yeong;Ryu, Pan Dong
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제19권2호
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pp.177-181
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2015
The subfornical organ (SFO) is one of circumventricular organs characterized by the lack of a normal blood brain barrier. The SFO neurons are exposed to circulating glutamate ($60{\sim}100{\mu}M$), which may cause excitotoxicity in the central nervous system. However, it remains unclear how SFO neurons are protected from excitotoxicity caused by circulating glutamate. In this study, we compared the glutamate-induced whole cell currents in SFO neurons to those in hippocampal CA1 neurons using the patch clamp technique in brain slice. Glutamate ($100{\mu}M$) induced an inward current in both SFO and hippocampal CA1 neurons. The density of glutamate-induced current in SFO neurons was significantly smaller than that in hippocampal CA1 neurons (0.55 vs. 2.07 pA/pF, p<0.05). To further identify the subtype of the glutamate receptors involved, the whole cell currents induced by selective agonists were then compared. The current densities induced by AMPA (0.45 pA/pF) and kainate (0.83 pA/pF), non-NMDA glutamate receptor agonists in SFO neurons were also smaller than those in hippocampal CA1 neurons (2.44 pA/pF for AMPA, p<0.05; 2.34 pA/pF for kainate, p< 0.05). However, the current density by NMDA in SFO neurons was not significantly different from that of hippocampal CA1 neurons (1.58 vs. 1.47 pA/pF, p>0.05). These results demonstrate that glutamate-mediated action through non-NMDA glutamate receptors in SFO neurons is smaller than that of hippocampal CA1 neurons, suggesting a possible protection mechanism from excitotoxicity by circulating glutamate in SFO neurons.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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