The sigma1 receptor agonist enhances long-term depression caused by activation of metabotropic glutamate receptors in rat hippocampal neurons


Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Metabotropic glutamate receptors of group 1 (mGluR1/5) are an important component of the hippocampal inhibitory system. Disturbances of their work lead to manifestation of various pathologies of the nervous system. The search for effective ways of regulating the work of mGluR1/5 is an urgent problem of neuropharmacology. In the present study, we assessed for the first time the possibility of modulating mGluR1/5 by activation of sigma1 receptors (Sig1-R), chaperone proteins capable of directly to directly interact with other proteins and to enhance their activity.

Objective. To study the effect of a specific Sig1-R agonist, PRE-084, on long-term depression of glutamate inputs in the hippocampus caused by activation of mGluR1/5.

Materials and methods. On slices of the hippocampus of rat brain in the CA1 region, population spikes (PS) caused by stimulation of Shaffer collaterals were registered. Activation of mGluR1/5 was induced by the application of 50 μM of specific agonist of these receptors, dihydroxyphenylglycine (DHPG), for 10 min. Activation of Sig1-R was induced by the application of 10 μM of specific agonist PRE-084 for 20 min.

Results. A short-term incubation of a rat hippocampal slice in a solution containing DHPG, caused a long-term depression of PS, so that within 30 min after the slice was washed away from the preparation, its amplitude was 60.0±14.4% of the control value (n=5). In the second series of experiments DHPG was applied against the background of the agonist Sig1-R PRE-084. PRE-084 was found to cause an increase in the inhibitory aftereffect of DHPG, so that the amplitude of the PS measured after 30 min after removal of the preparations from the surrounding solution was 16.0±1.7% (р<0.05).

Conclusion. It was shown for the first time that activation of Sig1-R enhances the functional activity of mGluR1/5.

About the authors

Pavel D. Rogozin

Research Center of Neurology

Email: synaptology@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Elena I. Solntseva

Research Center of Neurology

Author for correspondence.
Email: synaptology@mail.ru
Russian Federation, Moscow

Vladimir G. Skrebitsky

Research Center of Neurology

Email: synaptology@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Frankland P.W., Bontempi B. The organization of recent and remote memories. Nat Rev Neurosci 2005; 6: 119–130. doi: 10.1038/nrn1607. PMID: 15685217.
  2. Huber K.M., Roder J.C., Bear M.F. Chemical induction of mGluR5-and protein synthesis-dependent long-term depression in hippocampal area CA1. J Neurophysiol 2001; 86: 321–325. PMID: 11431513.
  3. Nicoletti F., Bockaert J., Collingridge G. L. et al. Metabotropic glutamate receptors: from the workbench to the bedside. Neuropharmacology. 2011; 60: 1017–1041. doi: 10.1016/j.neuropharm.2010.10.022. PMID: 21036182.
  4. Menard C., Quirion R. Group 1 metabotropic glutamate receptor function and its regulation of learning and memory in the aging brain. Front Pharmacol 2012; 3: 182. doi: 10.3389/fphar.2012.00182. PMID: 23091460.
  5. Jia Z., Lu Y.M., Agopyan N., Roder J. Gene targeting reveals a role for the glutamate receptors mGluR5 and GluR2 in learning and memory. Physiol Behav 2001; 73: 793–802. PMID: 11566212.
  6. Palmer M.J., Irving A.J., Seabrook G.R. et al. The group I mGlu receptor agonist DHPG induces a novel form of LTD in the CA1 region of the hippocampus. Neuropharmacology 1997; 36: 1517–1532. PMID: 9517422.
  7. Lüscher C., Huber K.M. Group 1 mGluR-dependent synaptic long-term depression (mGluR-LTD): mechanisms and implications for circuitry & disease. Neuron 2010; 65: 445–459. doi: 10.1016/j.neuron.2010.01.016. PMID: 20188650.
  8. Mameli M., Balland B., Luján R., Lüscher C. Rapid synthesis and synaptic insertion of GluR2 for mGluR-LTD in the ventral tegmental area. Science 2007; 317: 530–533. doi: 10.1126/science.1142365. PMID: 17656725.
  9. Pick J.E., Ziff E.B. Regulation of AMPA receptor trafficking and exit from the endoplasmic reticulum. Mol Cell Neurosci 2018; 91: 3–9. doi: 10.1016/j.mcn.2018.03.004. PMID: 29545119.
  10. Lu W., Khatri L., Ziff E.B. Trafficking of α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid receptor (AMPA) receptor subunit GluA2 from the endoplasmic reticulum is stimulated by a complex containing Ca2+/calmodulin-activated kinase II (CaMKII) and PICK1 protein and by release of Ca2+ from internal stores. J Biol Chem 2014; 289: 19 218–19 230. doi: 10.1074/jbc.M113.511246. PMID: 24831007.
  11. Hayashi T., Su T.P. Sigma-1 receptor chaperones at the ER-mitochondrion interface regulate Ca2+ signaling and cell survival. Cell 2007; 131: 596–610. doi: 10.1016/j.cell.2007.08.036. PMID: 17981125.
  12. Niitsu T., Iyo M., Hashimoto K. Sigma-1 receptor agonists as therapeutic drugs for cognitive impairment in neuropsychiatric diseases. Curr Pharm Des 2012; 18: 875–883. PMID: 22288409.
  13. Zho W.M., You J.L., Huang C.C., Hsu K.S. The group I metabotropic glutamate receptor agonist (S)-3,5-Dihydroxyphenylglycine induces a novel form of depotentiation in the CA1 region of the hippocampus. J Neurosci 2002; 22: 8838–8849. PMID: 12388590.
  14. Sun M.K., Alkon D.L. Pharmacology of protein kinase C activators: cognition-enhancing and antidementic therapeutics. Pharmacol Ther 2010; 127: 66–77. doi: 10.1016/j.pharmthera.2010.03.001. PMID: 20382181.
  15. Shepherd J.D., Bear M.F. New views of Arc, a master regulator of synaptic plasticity. Nat Neurosci 2011; 14: 279–284. doi: 10.1038/nn.2708. PMID: 21278731.
  16. Monti B., Berteotti C., Contestabile A. Dysregulation of memory-related proteins in the hippocampus of aged rats and their relation with cognitive impairment. Hippocampus 2005; 15: 1041–1049. doi: 10.1002/hipo.20099. PMID: 16086428.
  17. Yang L., Mao L., Tang Q. et al. A novel Ca2+-independent signaling pathway to extracellular signal-regulated protein kinase by coactivation of NMDA receptors and metabotropic glutamate receptor 5 in neurons. J Neurosci 2004; 24: 10 846–10 857. doi: 10.1523/JNEUROSCI.2496-04.2004. PMID: 15574735.
  18. Zhang H., Sun S., Wu L. et al. Store-operated calcium channel complex in postsynaptic spines: a new therapeutic target for Alzheimer's disease treatment. J Neurosci 2016; 36: 11 837–11 850. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1188-16.2016. PMID: 27881772.
  19. Kim F.J. Introduction to sigma proteins: evolution of the concept of sigma receptors. Handb Exp Pharmacol 2017; 244: 1–11. doi: 10.1007/164_2017_41. PMID: 28871306.
  20. Solntseva E.I., Kapai N.A., Popova O.V., Rogozin P.D., Skrebitsky V.G. The involvement of sigma1 receptors in donepezil-induced rescue of hippocampal LTD impaired by beta-amyloid peptide. Brain Res Bull 2014; 106: 56–61. doi: 10.1016/j.brainresbull.2014.06.002. PMID: 24956443.
  21. Penke B., Fulop L., Szucs M., Frecska E. The role of sigma-1 receptor, an intracellular chaperone in neurodegenerative diseases. Curr Neuropharmacol 2018; 16: 97–116. doi: 10.2174/1570159X15666170529104323. PMID: 28554311.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2018 Rogozin P.D., Solntseva E.I., Skrebitsky V.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».