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.
We previously reported that ginseng inhibited NMDA receptors in cultured hippocampal neurons. Here, we further examined the detailed mechanism of ginseng-mediated inhibition using its main active ingredient, ginsenoside Rg$_3$. Co-application of ginsenoside Rg$_3$ with increasing concentrations of NMDA did not change the EC$_{50}$ of NMDA to the receptor, suggesting ginsenoside Rg$_3$ inhibits NMDA receptors without competing with the NMDA-binding site. Ginsenoside Rg$_3$-mediated inhibition also occurred in a distinctive manner from the well-characterized NMDA receptor open channel blocker, MK-801, However, ginsenoside Rg$_3$ produced its effect in a glycine concentration-dependent manner and shifted the glycine concentration-response curve to the right without changing the maximal response, suggesting the role of ginsenoside Rg$_3$ as a competitive NMDA receptor antagonist. We also demonstrated that ginsenoside Rg$_3$ significantly protected neurons against NMDA insults. Therefore, these results suggest that ginsenoside Rg$_3$ protects NMDA-induced neuronal death via a competitive interaction with the glycine-binding site of NMDA receptors in cultured hippocampal neurons.
Kim, Hack-Seang;Park, In-Sook;Lim, Hwa-Kyung;Choi, Hong-Seork
Archives of Pharmacal Research
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제22권2호
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pp.113-118
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1999
Previous work in our laboratory has shown that the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonists, AP-5, CPP, MK-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan cause a pronounced enhancement of 5-hydroxytryptamine (5-HT)-induced head-twitch response (HTR) in intact mice, suggesting the involvement of NMDA receptors in the glutamatergic modulation of serotonergic function at the postsynaptic $5-HT_{2}$ receptors. The purpose of this study was to extend our previous work on the behavioral interaction between glutamatergic and serotonergic receptors. In the present study, both competitive (AP-5 and CPP) and noncompeti-tive (MI-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan) NMDA receptor antagonists markedly enhanced 5-HT-induced selective serotonergic behavior, HTR, in p-chlorophenylalanine (PCPA)-treated mice which were devoid of any involvement of indirect serotonergic function, to establish the involvement of the NMDA receptor in 5-HT-induced HTR at the postsyaptic $5-HT_{2}$receptors. In addition, the enhancement of 5-HT-induced HTR was inhibited by a dopamine agonist, apomorphine, NMDA receptor antagonist, NMDA and a serotonin $5-HT_{2}$receptor antagonist, cyproheptadine, in PCPA-treated mice. Therefore, the present results support our previous conclusion that the NMDA receptors play an important role in the glutamatergic modulation of serotonergic function at the poststynaptic $5-HT_{2}$ receptors.
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.
The striatum receives glutamatergic afferents from the cortex and thalamus, and these synaptic transmissions are mediated by ${\alpha}$-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionate (AMPA) and N-methyl D-aspartate (NMDA) receptors. The purpose of this study was to characterize glutamate receptors by analyzing NMDA/AMPA ratio and rectification of AMPA and NMDA excitatory postsynaptic currents (EPSCs) using a whole-cell voltage-clamp method in the dorsal striatum. Receptor antagonists were used to isolate receptor or subunit specific EPSC, such as (DL)-2-amino-5-phosphonovaleric acid (APV), an NMDA receptor antagonist, ifenprodil, an NR2B antagonist, CNQX, an AMPA receptor antagonist and IEM-1460, a GluR2-lacking AMPA receptor blocker. AMPA and NMDA EPSCs were recorded at - 70 and + 40 mV, respectively. Rectification index was calculated by current ratio of EPSCs between + 50 and - 50 mV. NMDA/AMPA ratio was 0.20${\pm}$0.05, AMPA receptor ratio of GluR2-lacking/GluR2-containing subunit was 0.26${\pm}$0.05 and NMDA receptor ratio of NR2B/NR2A subunit was 0.32${\pm}$0.03. The rectification index (control 2.39${\pm}$0.27) was decreased in the presence of both APV and combination of APV and IEM-1460 (1.02${\pm}$0.11 and 0.93${\pm}$0.09, respectively). These results suggest that the major components of the striatal glutamate receptors are GluR2-containing AMPA receptors and NR2A-containing NMDA receptors. Our results may provide useful information for corticostriatal synaptic transmission and plasticity studies.
$Ca^{2+}$ influx appears to be important for triggering myoblast fusion. It remains, however, unclear how $Ca^{2+}$ influx rises prior to myoblast fusion. Recently, several studies suggested that NMDA receptors may be involved in $Ca^{2+}$ mobilization of muscle, and that $Ca^{2+}$ influx is mediated by NMDA receptors in C2C12 myoblasts. Here, we report that other types of ionotropic glutamate receptors, non-NMDA receptors (AMPA and KA receptors), are also involved in $Ca^{2+}$ influx in myoblasts. To explore which subtypes of non-NMDA receptors are expressed in C2C12 myogenic cells, RT-PCR was performed, and the results revealed that KA receptor subunits were expressed in both myoblasts and myotubes. However, AMPA receptor was not detected in myoblasts but expressed in myotubes. Using a $Ca^{2+}$ imaging system, $Ca^{2+}$ influx mediated by these receptors was directly measured in a single myoblast cell. Intracellular $Ca^{2+}$ level was increased by KA, but not by AMPA. These results were consistent with RT-PCR data. In addition, KA-induced intracellular $Ca^{2+}$ increase was completely suppressed by treatment of nifedifine, a L-type $Ca^{2+}$ channel blocker. Furthermore, KA stimulated myoblast fusion in a dose-dependent manner. CNQX inhibited not only KA-induced myoblast fusion but also spontaneous myoblast fusion. Therefore, these results suggest that KA receptors are involved in intracellular $Ca^{2+}$ increase in myoblasts and then may play an important role in myoblast fusion.
Whole bee venom (WBV) and its major component, melittin, have been reported to induce long-lasting spontaneous flinchings and hyperalgesia. The current study was designed to elucidate the peripheral and spinal mechanisms of N-methyl-D-aspartate (NMDA) and non-NMDA receptors by which intraplantar (i.pl.) injection of WBV and melittin induced nociceptive responses. Changes in mechanical threshold and flinching behaviors were measured after the injection of WBV (0.04 mg or 0.1 mg/paw) and melittin (0.02 mg or 0.05 mg/paw) into the mid-plantar area of a rat hindpaw. MK-801 and CNQX (6-cyano-7-nitroquinoxaline-2,3-dione disodium) were administered intrathecally (i.t. $10{\mu}g$) or i.pl.($15{\mu}g$) 15 min before or i.t. 60 min after i.pl. WBV and melittin injection. Intrathecal pre- and postadministration of MK-801 and CNQX significantly attenuated the ability of high dose WBV and melittin to reduce paw withdrawal threshold (PWT). In the rat injected with low dose, but not high dose, of WBV and melittin, i.pl. injection of MK-801 effectively suppressed the decrease of PWTs only at the later time-points, but the inhibitory effect of CNQX (i.pl.) was significant at all time-point after the injection of low dose melittin. High dose WBV- and melittin-induced spontaneous flinchings were significantly suppressed by i.t. administration of MK-801 and CNQX, and low dose WBV- and melittin-induced flinchings were significantly reduced only by intraplantarly administered CNQX, but not by MK-801. These experimental flinchings suggest that spinal, and partial peripheral mechanisms of NMDA and non-NMDA receptors are involved in the development and maintenance of WBV- and melittin-induced nociceptive responses.
Previous work in our laboratory has shown that noncompetitive N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor antagonists, MK-801, ketamine, dextrorphan and dextromethorphan cause a pronounced inhibition of apomorphine-induced cage climbing behavior in intact mice, suggesting the involvement of NMDA receptors in the glutamatergic modulation of dopaminergic function at the postsynaptic dopamine (DA) receptors: Therefore, in order to definitively establish the involvement of NMDA receptor in the apomorphine-induced dopaminergic response at the postsynaptic DA receptor, it is necessary to investigate whether or not the noncompetitive NMDA receptor antagonists would inhibit these phenomena not only in intact mice but also in the mice that are devoid of any involvement of indirect dopaminergic function. To minimize the risk of any indirect involvement of NMDA antagonists with DA neurons, vesicular DA stores were first depleted with reserpine.
The amygdala is known as a site for inducing analgesia, but its action on the trigeminal nucleus has not been known well. Little information is available on the effect of dynorphin on NMDA receptor-mediated electrophysiological events in the trigeminal nucleus. The purpose of this study was to investigate the changes in the single neuron spikes at the trigeminal nucleus caused by the amygdala and the action of dynorphin on the trigeminal nucleus. In the present study, extracellular single unit recordings were made in the dorsal horn of the medulla (trigeminal nucleus caudalis) and the effects of microiontophoretically applied compounds were examined. When [D-Ala2, N-Me-Phe4, Glys5-ol]enkephalin (DAMGO, 10-25 mM), a ${\mu}-opioid$ receptor agonist, was infused into the amygdala, the number of NMDA-evoked spikes at the trigeminal nucleus decreased. However, the application of naloxone into the trigeminal nucleus while DAMGO being infused into the amygdala increased the number of spikes. Low dose (1 mM) of dynorphin in the trigeminal nucleus produced a significant decrease in NMDA-evoked spikes of the trigeminal nucleus but the NMDA-evoked responses were facilitated by a high dose (5 mM) of dynorphin. After the ${\kappa}$ receptors were blocked with naloxone, dynorphin induced hyperalgesia. After the NMDA receptors were blocked with AP5, dynorphin induced analgesia. In conclusion, dynorphin A exerted dose-dependent dual effects (increased & decreased spike activity) on NMDA-evoked spikes in the trigeminal nucleus. The inhibitory effect of the dynorphin at a low concentration was due to the activation of ${\kappa}$ receptors and the excitatory effect at a high concentration was due to activation of NMDA receptors in the trigeminal neurons.
Adil, Keremkleroo Jym;Gonzales, Edson Luck;Remonde, Chilly Gay;Boo, Kyung-Jun;Jeon, Se Jin;Shin, Chan Young
Biomolecules & Therapeutics
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제30권3호
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pp.232-237
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2022
Autism spectrum disorder (ASD) having core characteristics of social interaction problems and repetitive behaviors and interests affects individuals at varying degrees and comorbidities, making it difficult to determine the precise etiology underlying the symptoms. Given its heterogeneity, ASD is difficult to treat and the development of therapeutics is slow due to the scarcity of animal models that are easy to produce and screen with. Based on the theory of excitation/inhibition imbalance in the brain with ASD which involves glutamatergic and/or GABAergic neurotransmission, a pharmacologic agent to modulate these receptors might be a good starting point for modeling. N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) is an amino acid derivative acting as a specific agonist at the NMDA receptor and therefore imitates the action of the neurotransmitter glutamate on that receptor. In contrast to glutamate, NMDA selectively binds to and regulates the NMDA receptor, but not other glutamate receptors such as AMPA and kainite receptors. Given this role, we aimed to determine whether NMDA administration could result in autistic-like behavior in adolescent mice. Both male and female mice were treated with saline or NMDA (50 and 75 mg/kg) and were tested on various behavior experiments. Interestingly, acute NMDA-treated mice showed social deficits and repetitive behavior similar to ASD phenotypes. These results support the excitation/inhibition imbalance theory of ASD and that NMDA injection can be used as a pharmacologic model of ASD-like behaviors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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