| Semaphorin 4D promotes inhibitory synapse formation and suppresses seizures in vivo.
Acker DWM1, Wong I1, Kang M1, Paradis S1.
Author information
1Department of Biology, National Center for Behavioral Genomics, Brandeis University, Waltham, MA, USA.
Abstract
OBJECTIVE:
We previously discovered a role for the extracellular domain of the transmembrane protein semaphorin 4D (Sema4D) as a fast-acting, selective, and positive regulator of functional γ-aminobutyric acid (GABA)ergic synapse formation in hippocampal neuronal culture. We also demonstrated that Sema4D treatment increases inhibitory tone and suppresses hyperexcitability in an organotypic hippocampal slice culture model of epilepsy. Here, we investigate the ability of Sema4D to promote GABAergic synapse formation and suppress seizure activity in vivo in adult mice.
METHODS:
We performed a 3-hour, intrahippocampal infusion of Sema4D or control protein into the CA1 region of adult mice. To quantify GABAergic presynaptic bouton density, we performed immunohistochemistry on hippocampal tissue sections isolated from these animals using an antibody that specifically recognizes the glutamic acid decarboxylase isoform 65 protein (GAD65), which is localized to presynaptic GABAergic boutons. To assess seizure activity, we employed 2 in vivo mouse models of epilepsy, intravenous (iv) pentylenetetrazol (PTZ) and hippocampal electrical kindling, in the presence or absence of Sema4D treatment. We monitored seizure activity by behavioral observation or electroencephalography (EEG). To assay the persistence of the Sema4D effect, we monitored seizure activity and measured the density of GAD65-positive presynaptic boutons 3 or 48 hours after Sema4D infusion.
RESULTS:
Sema4D-treated mice displayed an elevated density of GABAergic presynaptic boutons juxtaposed to hippocampal pyramidal neuron cell bodies, consistent with the hypothesis that Sema4D promotes the formation of new inhibitory synapses in vivo. In addition, Sema4D acutely suppressed seizures in both the PTZ and electrical kindling models. When we introduced a 48-hour gap between Sema4D treatment and the seizure stimulus, seizure activity was indistinguishable from controls. Moreover, immunohistochemistry on brain sections or hippocampal slices isolated 3 hours, but not 48 hours, after Sema4D treatment displayed an increase in GABAergic bouton density, demonstrating temporal correlation between the effects of Sema4D on seizures and GABAergic synaptic components.
SIGNIFICANCE:
Our findings suggest a novel approach to treating acute seizures: harnessing synaptogenic molecules to enhance connectivity in the inhibitory network.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/297996..._medium=twitter
Semaphorin 4D promuove la formazione di sinapsi inibitorie e sopprime le convulsioni in vivo.
Acker DWM 1 , Wong I 1 , Kang M 1 , Paradis S 1 .
Informazioni sull'autore
1 Dipartimento di Biologia, Centro Nazionale di Genomica del Comportamento, Università Brandeis, Waltham, MA, USA.
Astratto
OBBIETTIVO:
In precedenza abbiamo scoperto un ruolo per il dominio extracellulare della semaphorin 4D (Sema4D) della proteina transmembrana come regolatore ad azione rapida, selettivo e positivo della formazione di sinapsiergica funzionale γ-aminobutirrico (GABA) nella coltura neuronale ippocampale. Abbiamo inoltre dimostrato che il trattamento con Sema4D aumenta il tono inibitorio e sopprime l'ipereccitabilità in un modello di coltura organotipica di epitelessia a fettine di ippocampo. Qui, indaghiamo la capacità di Sema4D di promuovere la formazione di sinapsi GABAergica e sopprimere l'attività di sequestro in vivo nei topi adulti.
METODI:
Abbiamo eseguito un'infusione intrahippocampale di 3 ore di Sema4D o una proteina di controllo nella regione CA1 di topi adulti. Per quantificare la densità presinnaptic di GABAergic bouton, abbiamo eseguito immunoistochimica su sezioni di tessuto ippocampale isolate da questi animali usando un anticorpo che riconosce specificamente la proteina isoforma 65 della proteina decarbossilasi dell'acido glutamico (GAD65), che è localizzata ai ginocchi GABAergici presinaptici. Per valutare l'attività convulsiva, abbiamo impiegato 2 modelli murini in vivo di epilessia, pentilenetetrazolo (iv) endovenoso (PTZ) e accensione elettrica ippocampale, in presenza o in assenza di trattamento con Sema4D. Abbiamo monitorato l'attività di sequestro mediante osservazione comportamentale o elettroencefalografia (EEG). Per saggiare la persistenza dell'effetto Sema4D, abbiamo monitorato l'attività convulsiva e misurato la densità dei ginocchi presinaptici GAD65-positivi 3 o 48 ore dopo l'infusione di Sema4D.
RISULTATI:
Topi trattati con Sema4D hanno mostrato un'elevata densità di Ginnergetici presemoni bouton giustapposti a corpi di cellule neuronali piramidali ippocampali, in linea con l'ipotesi che Sema4D promuova la formazione di nuove sinapsi inibitorie in vivo. Inoltre, Sema4D ha soppresso in modo acuto le crisi sia nei modelli PTZ che in quelli di accensione elettrica. Quando abbiamo introdotto un intervallo di 48 ore tra il trattamento con Sema4D e lo stimolo convulsivo, l'attività convulsiva era indistinguibile dai controlli. Inoltre, immunoistochimica su sezioni cerebrali o fettine di ippocampo isolate 3 ore, ma non 48 ore, dopo il trattamento con Sema4D ha mostrato un aumento della densità di Goutaergic bouton, dimostrando la correlazione temporale tra gli effetti di Sema4D sulle convulsioni e componenti sinaptici GABAergici.
SIGNIFICATO:
I nostri risultati suggeriscono un nuovo approccio per il trattamento delle crisi acute: sfruttare le molecole sinaptogeniche per migliorare la connettività nella rete inibitoria
https://translate.google.com/translate?hl=...edium%3Dtwitter
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/epi.14429
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