Glycine Receptor in Rat Hippocampal and Spinal Cord Neurons as a Molecular Target for Rapid Actions of 17-β-Estradiol

Abstract

Glycine receptors (GlyRs) play important roles in regulating hippocampal neural network activity and spinal nociception. Here we show that, in cultured rat hippocampal (HIP) and spinal dorsal horn (SDH) neurons, 17-β-estradiol (E2) rapidly and reversibly reduced the peak amplitude of whole-cell glycine-activated currents (IGly). In outside-out membrane patches from HIP neurons devoid of nuclei, E2 similarly inhibited IGly, suggesting a non-genomic characteristic. Moreover, the E2 effect on IGly persisted in the presence of the calcium chelator BAPTA, the protein kinase inhibitor staurosporine, the classical ER (i.e. ERα and ERβ) antagonist tamoxifen, or the G-protein modulators, favoring a direct action of E2 on GlyRs. In HEK293 cells expressing various combinations of GlyR subunits, E2 only affected the IGly in cells expressing α2, α2β or α3β subunits, suggesting that either α2-containing or α3β-GlyRs mediate the E2 effect observed in neurons. Furthermore, E2 inhibited the GlyR-mediated tonic current in pyramidal neurons of HIP CA1 region, where abundant GlyR α2 subunit is expressed. We suggest that the neuronal GlyR is a novel molecular target of E2 which directly inhibits the function of GlyRs in the HIP and SDH regions. This finding may shed new light on premenstrual dysphoric disorder and the gender differences in pain sensation at the CNS level.

Estrogen Facilitates Spinal Cord Synaptic Transmission via Membrane-bound Estrogen Receptors

“…E2 quickly phosphorylated NR2B, persistently enhanced NMDA transmission, and depressed AMPA transmission, indicating a critical role of NMDA transmission in E2-induced increases in spinal LTP. Although E2 has been reported to inhibit GABA and glycine receptors, and this inhibition has been reported to contribute to E2-induced LTP enhancement (31,56), it is unlikely that E2 facilitates HFS-LTP in the spinal dorsal horn by a disinhibition mechanism because, in our experiment, LTP recordings were performed in the presence of GABA A and GlyR antagonists.…”

“…Several studies have found that many rapid estrogen effects are sensitive to G protein manipulation (31,32). We therefore tested whether the rapid enhancement of NMDA currents in dorsal horn neurons by E2 is mediated by G proteins.…”

Rapid Estrogenic Effects on TMJ-responsive Brainstem Neurons

“…Rapid effects of estrogens on hypothalamic and hippocampal neurons influence reproductive and cognitive functions (Woolley, 2007;Kelly and Ronnekleiv, 2009). Although in vitro studies have reported that estrogens can act rapidly to modify the activity of peripheral sensory (Chaban et al, 2003;Rowan et al, 2010) and spinal cord neurons (Jiang et al, 2009;Zhong et al, 2010), it is not known if estrogens can act rapidly to alter the encoding properties of nociceptive trigeminal brainstem neurons with defined receptive field properties recorded in whole animals.…”

Bioelectric Activity of Interneurones of Spinal Cord in the Experimental Menopause in Femal Rats

“…Такі симптоми можуть бути викликані прискореним розвитком інволю-тивних форм остеартрозу і остеохондрозу в результаті дегенеративно-дистрофічних процесів у сполучнотканинних утвореннях (зв'язковий апарат, міжхребцеві диски), а також розвитком системного остеопоро-зу, що проходять більш прискорено на тлі дефіциту естрогенів [1,2]. Має особливе значення і модулювальний вплив жіночих статевих гормонів на центральну нервову систему, зокрема -ноцицептивну чутливість [3] через дію на глутаматіндуковані струми, інгібування рецепторів ГАМК і гліцину, або модуляції опіоїдних рецепторів у задніх ро-гах спинного мозку [4,5,6], що також може впливати на виникнення больових симптомів у м'язах і суглобах в постменопаузі. Основ-на дія естрогену на нейрони здійснюється через активацію ядерних α-і β-рецепторів естрогену (ERα/β), що викликає довгостро-кові геномні ефекти [7], а також активацію цитоплазматичних механізмів сигналізації поблизу плазматичної мембрани або на її поверхні [8] і здійснюється через мембранні класичні ERs [9] та новостворені ERs [10].…”

“…У цих умовах посилюється пресинаптичне галь-мування первинних аферентів гальмівними нейронами желатинозної субстанції [12]. Крім того, естроген може інгібувати ГАМК і гліцинові рецептори [5,6]. Тому за умов дефі-циту естрогену кількість вказаних рецепторів в активному стані збільшується, що також може створювати умови для поглиблення пресинаптичного гальмування.…”