Mechanisms of osmotic and mechanical transduction in the organum vasculosum lamina terminalis

• Main Author: Ciura, Sorana
• 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=96738

Mammals maintain a constant internal osmotic environment due to the existence of specialized osmosensory neurons which detect fluctuations in body fluid osmolality and can trigger homeostatic regulatory mechanisms to correct such deviations. The organum vasculosum of the lamina terminalis (OVLT) is the main osmosensory area of the brain. Despite its importance in whole body homeostasis, little is known about the electrophysiological properties of the OVLT. In this thesis we use murine OVLT neurons in isolation or in brain explants to study their osmosensory transduction properties. Hypertonic stimulation resulted in an increase in the cation conductance of the cells, the generation of an inward current and depolarization which triggered increased firing of action potentials. Two members of the TRPV family of channels, TRPV1 and TRPV4, were tested for their contribution to osmosensory transduction. We found that TRPV1, but not TRPV4, forms an osmotically gated channel in OVLT neurons. Absence of TRPV1 function, either through genetic engineering or pharmacological blockade, prevented the response of OVLT neurons to osmotic stimulation. In contrast, OVLT neurons obtained from Trpv4-/- mice showed normal osmosensitive responses. The transduction of hypertonic stimuli was found to be entirely mediated by the mechanical process associated with cellular shrinkage during the presentation of the stimulus. Previous studies have shown that osmosensory neurons are also able to detect other modes of stimulation, such as temperature. Here we show that TRPV1 enables osmosensory neurons in the supraoptic nucleus to respond to increases in external temperature. Another contributing factor to osmosensory detection are the glia surrounding osmosensory neurons which can release neuromodulatory factors during hypotonic stimulation. In this thesis we show that astrocytes in the OVLT can release glycine receptor agonists which cause hyperpolarization during a hypotonic stimulus, but this effect is secondary to the intrinsic ability of these neurons to detect such stimuli. In conclusion, OVLT neurons are intrinsic osmosensors equipped with stretch receptors encoded by Trpv1 functioning in the central control of body fluid homeostasis. === Les mammifères maintiennent l'osmolalité plasmatique près d'une valeur constante grâce à lèxistence de neurones osmosensoriels capables de détecter les fluctuations d`osmolalité fluidique et d'initier les mécanismes homéostatiques nécessaires pour corriger ces déviations. L`Organum vasculosum lamina terminalis (OVLT) représente un site primaire pour l'osmoréception dans le système nerveux central. Même si le rôle physiologique de cette structure est bien établi, presque rien n'est connu au sujet des propriétés membranaires des neurones de l'OVLT qui sous-tendent la détection et le codage électrique des perturbations osmotiques. Nous avons utilisé une approche électrophysiologique pour étudier les neurones de l`OVLT de souris suite à l'isolation in vitro ainsi que dans des tranches d'hypothalamus. La stimulation hypertonique induit une élévation de la conductance aux cations, causant ainsi la génération dùn courant entrant, la dépolarisation du potentiel de repos et une augmentation de la fréquence de décharge des potentiels dàction. Nos expériences démontrent que ces réponses reflètent un processus entièrement mécanique qui est initié par la dépression du volume cellulaire. Deux membres de la famille des canaux ioniques Transient Receptor Potential Vanilloid (TRPV) pourraient être impliqués: TRPV1 et TRPV4. Nos données montrent que seul le canal TRPV1 est requis pour supporter l'osmosensibilité des neurones de l`OVLT. En effet, des études pharmacologiques avec des inhibiteurs du TRPV1 ou des mesures sur des souris «knock-out» (Trpv1-/ -) démontrent que le blocage ou l'absence d'expression du canal TRPV1 élimine l'osmosensibilité des neurones, tandis que ceux des souris Trpv4-/- détectent les changements d`osmolalité de façon normale. Des études sur les souris Trpv1-/ - ont aussi révélé un rôle secondaire pour les astrocytes de l'OVLT dans la détection des conditions hypotoniques. Nos résultats montrent que ces cellules libèrent un agoniste des récepteurs à la glycine qui contribue à la réduction de l'activité électrique en condition hypotonique. Finalement, des études antécédentes avaient indiqué que les neurones osmorécepteurs peuvent aussi détecter l'augmentation de la température corporelle. Nos résultats démontrent que le canal TRPV1 confère aux neurones hypothalamiques la capacité intrinsèque de répondre au réchauffement du milieu extérieur. En conclusion, les neurones de l`OVLT sont des osmorécepteurs intrinsèques dont l'activité électrique est modulée par un canal cationique mécanosensible dont l'expression est gérée par le gène Trpv1.