Cell type specific retrograde signaling determines synaptic gain

• Main Author: Stachniak, Tevye
• Other Authors: Charles W Bourque (Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2011
• Subjects: Biology - Neuroscience
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=103629

Maintenance of internal body homeostasis requires the integration of information about the ongoing state of the body's internal systems. In order for distinct cell types to produce a correct physiological response to a global signal, neural mechanisms must exist which allow neurons to selectively "listen" to a common relevant input. Using a physiologically defined synaptic connection in the hypothalamus, we have outlined a mechanism by which synaptic gain may be modulated in a cell type specific fashion to produce an appropriate outcome in response to a state dependent signal. Osmotic homeostasis (water and salt balance) is maintained in part by the regulation of vasopressin (VP) and oxytocin (OT) secretion from the supraoptic nucleus (SON) to regulate antidiuresis and natriuresis, respectively. The organum vasculosum of the lamina terminalis (OVLT) is a central osmosensory nucleus and produces an excitatory glutamatergic synapse on the SON to increase VP and OT secretion in response to hyperosmolality under euvolemic conditions. Under hypovolemic conditions, antidiuresis is further enhanced but natriuresis is depressed. We therefore hypothesize that Angiotensin II (Ang II), a signaling molecule secreted under hypovolemic conditions, may act differentially on the OVLT evoked responsiveness of VP versus OT neurons. We demonstrate that application of Ang II facilitates osmotic-evoked spiking in the VP cells, but depresses osmotic-evoked spiking in OT cells. We found that Ang II modulates excitatory transmission at the OVLT-SON pathway in a presynaptic fashion. Ang II modulation is triggered by a postsynaptic mechanism and requires the retrograde signaling molecules of nitric oxide and endocannabinoids to facilitate or depress, respectively, OVLT to SON neurotransmission. Thus, under hypovolemic conditions where VP secretion is favorable while OT secretion is not, Ang II can initiate a postsynaptic signaling event to modulate incoming synaptic activity based on cell type. This modulation of synaptic gain allows the generation of a physiological response appropriate for restoring euvolemia. === Le maintien de l'homéostasie corporelle interne exige l'intégration d'informations concernent l'état des systèmes internes de l'organisme. Afin que différents types de cellules produisent une réponse appropriée à un signal physiologique, des mécanismes neuronaux doivent exister afin de permettre aux neurones d'être attentifs aux stimuli pertinents. En utilisant une connexion synaptique physiologiquement définie dans l'hypothalamus, nous avons défini un mécanisme par lequel un gain synaptique peut être modulée sur des cellules spécifiques pour produire un résultat approprié à un signal interne. L'homéostasie osmotique (équilibre de l'eau et du sel) est maintenue en partie par la régulation de la sécrétion de vasopressine (VP) et d'oxytocine (OT) du noyau supraoptique (NSO) pour réguler l'antidiurèse et la natriurèse respectivement. L'organe vascularisé de la lame terminale (OVLT) est un noyau central osmosensible qui détient une connexion synaptique glutamatergique qui excite les neurones du NSO afin d'augmenter la sécrétion de VP et OT en réponse à l'hyperosmolarité dans des conditions euvolemiques. Dans des conditions hypovolémiques, l'antidiurèse est d'avantage augmentée, alors que la natriurèse est diminuée. Nous lançons donc l'hypothèse que l'angiotensine II (Ang II), une molécule de signalisation sécrétée dans des conditions hypovolémiques, pourrait agir différemment sur les neurones VP par rapport aux neurones OT, lorsque libéré par l'OVLT. Nous avons démontré que l'application d'Ang II facilite le déchargement de potentiels d'action évoqués osmotiquement dans les cellules VP, mais abaisse le déchargement de potentiels d'action évoqués osmotiquement dans les cellules OT. Nous avons trouvé que l'Ang II module la transmission excitatrice dans la connection OVLT-NSO d'une manière présynaptique. La modulation par Ang II est déclenchée par un mécanisme post-synaptique qui nécessite la signalisation rétrograde des molécules d'oxyde nitrique et d'endocannabinoides afin de faciliter ou de diminuer respectivement, la neurotransmission entre l'OVLT et le SON. Ainsi, dans des conditions hypovolémiques où la sécrétion de VP est favorable alors que la sécrétion d'OT ne l'est pas, l'Ang II peut initier un événement post-synaptique de signalisation afin de moduler l'activité synaptique entrant en fonction du type cellulaire. Cette modulation du gain synaptique permet la génération d'une réponse physiologique appropriée pour la restauration euvolémique.