In vitro ηλεκτροφυσιολογική μελέτη των μηχανισμών διαφοροποίησης μεταξύ διαφραγματικού και κροταφικού ιπποκάμπου ως προς την παθογένεση της επιληψίας, την συναπτική ευπλαστότητα και τη δικτυακή ρυθμογένεση

Abstract

Functional segregation along the dorso-ventral axis of the hippocampus refers to epilepsy too. Using the model of magnesium-free medium and field recordings, single epileptiform discharges displayed higher incidence, rate, duration and intensity in ventral compared with dorsal rat hippocampal slices. The NMDA receptor antagonist AP5 shortened the discharges in ventral slices only. At 5 and 10μΜ of NMDA application 51% of the ventral but only 9% of the dorsal slices displayed persistent epileptiform discharges. We propose that the NMDA receptors contribute to the higher susceptibility of the ventral hippocampus to expression and long-term maintenance of epileptiform discharges. To study epileptogenesis following withdrawal of adenosinergic tone we used models of selective or non-selective blockade of adenosine receptors in magnesium-free medium and we recorded spontaneous or evoked field potentials in CA3 in dorsal as well as ventral slices. Blockade of A1 resulted in epileptogenesis in 31,13% of dorsal and in 52,76% of ventral slices used (P<0,05). NMDAR blockade increased epileptogenesis scores in both poles (76,38% in dorsal slices vs 80,68% in ventral slices). This NMDAR-dependent epileptogenesis was significantly aborted by blockade of A2R more in dorsal slices. Blockade of A1R under conditions of NMDAR blockade resulted to a similar increase of fEPSP slope in dorsal and ventral slices. The additional blockade of A2R decreased fEPSP slope to its original value in dorsal slices only. Simultaneous blockade of A1 and A2 receptors induced epileptogenesis practically in ventral slices only. This epileptogenesis was partially NMDA-dependent. Furthermore, A1R blockade resulted to an increase of fEPSP area under conditions of magnesium-free medium in dorsal slices only, whereas simultaneous blockade of both A1 and A2 receptors to an increase by 196,62% in dorsal slices and by 105,26% in ventral slices. We conclude that the selective or not blockade of adenosine receptors induces different kinds of epileptogenesis and this can be attributed to the different actions of adenosine receptors and the capability of ventral hippocampus to support NMDA-dependent epileptogenesis. Employing field recordings from ventral hippocampal slices and two models of epileptogenesis, we found that HFOs associated with epileptiform bursts and excitatory synaptic transmission were co-modulated during epileptogenesis. Pathological HFOs>200Hz were unequivocally present in persistent bursts induced by NMDA receptor-dependent but not NMDA receptor-independent mechanisms. The duration of pathological HFOs associated with persistent bursts but not of HFOs associated with bursts before the establishment of epileptogenesis was linearly and strongly correlated with the duration of bursts. Using 100Hz trains and medium with a higher concentration of potassium cations we induced LTP by stimulating associational/commissural fibers in CA3 region under conditions of NMDA receptor blockade. This new type of NMDAR-independent LTP displayed slow kinetics, did not change paired pulse facilitation and was prevented by simultaneous blockade of nifedipine-sensitive calcium channels. The incidence as well as the amplitude of LTP was greater in dorsal slices compared to ventral ones.

Η λειτουργική διαφοροποίηση κατά το διαφραγματοκροταφικό άξονα του ιπποκάμπου αφορά και την επιληψία. Χρησιμοποιώντας το μοντέλο ελεύθερο μαγνησίου και δυναμικά πεδίου παρατηρήσαμε πως οι επιληπτόμορφες εκφορτίσεις παρατηρούνταν πιο συχνά, είχαν μεγαλύτερη συχνότητα, διάρκεια και ένταση στις κοιλιακές τομές. Ο ανταγωνιστής των NMDA υποδοχέων AP5 μείωσε τη διάρκεια μόνο στις κοιλιακές τομές. Η προσθήκη του NMDA προκάλεσε εμμένουσες επιληπτόμορφες εκφορτίσεις στο 51% των κοιλιακών και το 9% των ραχιαίων τομών. Προτείνουμε πως οι υποδοχείς NMDA συμμετέχουν στη μεγαλύτερη ευπάθεια του κοιλιακού ιπποκάμπου τόσο στην έκφραση όσο και στη μακρόχρονη διατήρηση των επιληπτόμορφων εκφορτίσεων. Για να μελετήσουμε την επιληπτογένεση με άρση του αδενοσινεργικού τόνου, χρησιμοποιήσαμε πρωτόκολλα εκλεκτικού ή μη αποκλεισμού των αδενοσινεργικών υποδοχέων σε συνθήκες ελεύθερες μαγνησίου και καταγράψαμε αυθόρμητα ή προκλητά δυναμικά πεδίου στη CA3 σε κοιλιακές και ραχιαίες τομές. O αποκλεισμός του Α1 προκάλεσε επιληπτογένεση στο 31,13% των ραχιαίων και στο 52,76% των κοιλιακών τομών (P<0,05). Ο σύγχρονος αποκλεισμός του NMDA υποδοχέα αύξησε τα ποσοστά επιληπτογένεσης και στους δυο πόλους (76,38% στις ραχιαίες τομές vs 80,68% στις κοιλιακές τομές). Αυτή η NMDA-ανεξάρτητη επιληπτογένεση μειώθηκε σημαντικά με την προσθήκη του ανταγωνιστή των Α2 υποδοχέων κυρίως στις ραχιαίες τομές. O αποκλεισμός του Α1 υποδοχέα σε συνθήκες αποκλεισμού των NMDA υποδοχέων προκάλεσε παρόμοια αύξηση της κλίσης του fEPSP στις ραχιαίες τομές και στις κοιλιακές τομές. Ο επιπλέον αποκλεισμός των Α2 υποδοχέων επανέφερε την κλίση του fEPSP στο αρχικό της μέγεθος μόνο στις ραχιαίες τομές. Ο σύγχρονος αποκλεισμός των Α1 και Α2 υποδοχέων προκάλεσε επιληπτογένεση πρακτικά μόνο στις κοιλιακές τομές. H επιληπτογένεση αυτή ήταν μερικώς NMDA-εξαρτώμενη. Επιπλέον ενώ ο αποκλεισμός του Α1 προκάλεσε αύξηση της επιφάνειας της καμπύλης του fEPSP σε συνθήκες ελεύθερες μαγνησίου μόνο στις ραχιαίες τομές (96,15%), ο σύγχρονος αποκλεισμός των Α1 και Α2 υποδοχέων προκάλεσε αύξηση κατά 196,62% στις ραχιαίες τομές και 105,26% στις κοιλιακές τομές. Συμπεραίνουμε πως ο εκλεκτικός ή μη αποκλεισμός των υποδοχέων της αδενοσίνης προκαλεί διαφορετικά είδη επιληπτογένεσης που οφείλονται στις διαφορετικές δράσεις των υποδοχέων της αδενοσίνης και την ικανότητα του κοιλιακού ιπποκάμπου για ΝMDA-εξαρτώμενη επιληπτογένεση. Χρησιμοποιώντας δυναμικά πεδίου σε κοιλιακές τομές και δυο μοντέλα επιληπτογένεσης παρατηρήσαμε πως οι σχετιζόμενες με τις επιληπτόμορφες εκφορτίσεις υψίσυχνες ταλαντώσεις και η διεγερτική νευροδιαβίβαση συμμεταβάλονται κατά τη διάρκεια της επιληπτογένεσης. Παθολογικές υψίσυχνες ταλαντώσεις παρατηρήθηκαν πάντα στην NMDA-εξαρτημένη αλλά όχι και την NMDA-ανεξάρτητη επιληπτογένεση. Η διάρκεια των υψίσυχνων ταλαντώσεων συσχετίστηκε με τη διάρκεια των μεσοκριτικών εκφορτίσεων μόνο μετά την επαγωγή της επιληπτογένεσης. Χρησιμοποιώντας ερεθισμό 100Hz και αυξημένη συγκέντρωση καλίου επάγαμε LTP με ερεθισμό των παράπλευρων κλάδων στη CA3 σε συνθήκες αποκλεισμού των υποδοχέων NMDA. Ο νέος τύπος του NMDA-ανεξάρτητου αυτού LTP παρουσίασε αργή ανάπτυξη στο χρόνο, δε μετέβαλε τη διευκόλυνση με σύζευξη παλμών και δεν επαγόταν με ταυτόχρονο αποκλεισμό των ευαίσθητων στη νιφεδιπίνη διαύλων ασβεστίου. Το μέγεθος του LTP ήταν σημαντικά μεγαλύτερο στις ραχιαίες τομές σε σχέση με τις κοιλιακές.