Inhibitory Postsynaptic Potentials in Lumbar Motoneurons Remain Depolarizing After Neonatal Spinal Cord Transection in the Rat

Abstract

GABA and glycine are excitatory in the immature spinal cord and become inhibitory during development. The shift from depolarizing to hyperpolarizing inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) occurs during the perinatal period in the rat, a time window during which the projections from the brain stem reach the lumbar enlargement. In this study, we investigated the effects of suppressing influences of the brain on lumbar motoneurons during this critical period for the negative shift of the reversal potential of IPSPs (E(IPSP)). The spinal cord was transected at the thoracic level on the day of birth [postnatal day 0 (P0)]. E(IPSP), at P4-P7, was significantly more depolarized in cord-transected than in cord-intact animals (E(IPSP) above and below resting potential, respectively). E(IPSP) at P4-P7 in cord-transected animals was close to E(IPSP) at P0-P2. K-Cl cotransporter KCC2 immunohistochemistry revealed a developmental increase of staining in the area of lumbar motoneurons between P0 and P7 in cord-intact animals; this increase was not observed after spinal cord transection. The motoneurons recorded from cord-transected animals were less sensitive to the experimental manipulations aimed at testing the functionality of the KCC2 system, which is sensitive to [K(+)](o) and blocked by bumetanide. Although bumetanide significantly depolarized E(IPSP), the shift was less pronounced than in cord-intact animals. In addition, a reduction of [K(+)](o) affected E(IPSP) significantly only in cord-intact animals. Therefore influences from the brain stem may play an essential role in the maturation of inhibitory synaptic transmission, possibly by upregulating KCC2 and its functionality.

Primary Afferent Terminals Acting as Excitatory Interneurons Contribute to Spontaneous Motor Activities in the Immature Spinal Cord

“…Because IPSPs are still depolarizing from rest in neonatal rat MNs and are able to facilitate action potential generation when paired with EPSPs (Jean-Xavier et al, 2007), a possible explanation of the latter result could be that chloride homeostasis in MNs and possibly interneurons is involved. However, at such a low concentration, bumetanide has no effect on the reversal potential of IPSPs in neonatal rat motoneurons (Jean-Xavier et al, 2006), in agreement with the observation that NKCC1 does not appear to play a significant role in chloride homeostasis in those neurons at that age (Stil et al, 2009). In addition, DIOA, which shifts the reversal potential for IPSPs toward more positive values and should thereby enhance the facilitation of subthreshold EPSPs (Jean-Xavier et al, 2007), had no effect on VR bursts.…”

Une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de la spasticité après une lésion de la moelle épinière : la calpaïne

“…Après une lésion de la moelle épinière, l'expression et la fonctionnalité de KCC2 sont fortement altérées [18,19] (➜) (Figure 2c). Il s'ensuit, au niveau des neurones, une augmentation de la concentration intracellulaire des ions Cl -rendant l'action inhibitrice du GABA et de la glycine moins efficace [20,21] (Figure 2c). La levée de l'inhibition de la moelle épinière sous-lésionnelle en lien avec une perturbation de l'homéostasie des ions Cl -contribue ainsi au dévelop-pement de la spasticité [18][19][20][21].…”

“…Il s'ensuit, au niveau des neurones, une augmentation de la concentration intracellulaire des ions Cl -rendant l'action inhibitrice du GABA et de la glycine moins efficace [20,21] (Figure 2c). La levée de l'inhibition de la moelle épinière sous-lésionnelle en lien avec une perturbation de l'homéostasie des ions Cl -contribue ainsi au dévelop-pement de la spasticité [18][19][20][21]. Notons cependant que l'altération de l'inhibition présynaptique observée après une lésion de la moelle épi-nière ne peut être en lien avec une altération de KCC2 puisque les fibres afférences Ia en sont dépourvues.…”

Perte d’inhibition neuronale et spasticité après traumatisme de la moelle épinière

“…[3]. Le dévelop-pement des KCC2 est responsable de la réduction de la [Cl -] i au cours de l'ontogenèse et permet donc la maturation de l'inhibition post-synaptique [3,5,6]. Des travaux récents réalisés au niveau de plusieurs régions du système nerveux central ont démontré que l'expression des transporteurs KCC2 était réduite dans des conditions pathologiques (épilepsie, douleurs chroniques induites par une lésion de nerf périphérique [7]).…”

“…La mort de ces macrophages, que provoque la mauvaise élimination de ces lipides, conduit à la formation de débris cellulaires et entretient l'inflammation au sein de la plaque, favorisant ainsi sa progression [3,4]. La présence des macrophages dans la plaque athéroma-teuse est consécutive au recrutement de monocytes circulants [5] et la persistance de ces macrophages dans la plaque pourrait être favorisée dans un contexte d'hyperlipémie [6] (Figure 1). Les HDL, en favorisant l'efflux du cholestérol des macrophages spumeux via ses transporteurs ABCA1 et ABCG1, diminuent le statut inflammatoire des…”