Inhibition of long-term potentiation by low frequency stimulation in the perforant pathway – dentate gyrus synapses


Çimen A., Varol S., Dursun N. , Süer C. , Tan B.

17. ULUSAL SİNİRBİLİM KONGRESİ, Trabzon, Turkey, 4 - 07 April 2019, pp.54

  • Publication Type: Conference Paper / Summary Text
  • City: Trabzon
  • Country: Turkey
  • Page Numbers: pp.54

Abstract

Objective: Long-term potentiation (LTP) and depression can be considered in terms of the relationship of stimulation frequency and resultant change in synaptic plasticity. Low-frequency stimulation (LFS) given before induction of LTP inhibits LTP without affecting either basal synaptic strength or the early phase of LTP. This anterograde inhibitory effect of LFS is persistent and is blocked by inhibitors of phosphatases. Herein, we investigated the effect of LFS on subsequent LTP magnitude using four different stimulus frequencies. Methods: The study used four groups of adult Wistar rats. The effect of different stimulation patterns (0.5-Hz, 1-Hz, 2-Hz and 5- Hz, n=8/ group) designed to induce long-lasting depression of the perforant pathway inputs to the dentate gyrus on subsequently induced LTP was investigated. All paradigms consisted of 900 pulses. LTP was induced by a strong tetanisation protocol and measured as 5-min average of excitatory-postsynaptic potential (EPSP) and population spike (PS) 5 min and 60 min after its induction. LTP magnitude was compared using one-way ANOVA test. Results: The input-output curves of the groups were comparable to each other, as shown by the non-significant interaction observed between stimulus intensity and frequency. We foundthat 0.5-Hz, but not 5-Hz, stimulation inhibited for 60 min the subsequent induction of fEPSP-LTP by a normally efficient LTP-inducing protocol. There was significant difference in PSLTP between two groups at two measurement intervals (p<0.001) and positive correlations between LTP magnitudes and frequencies. Conclusion: These data indicate that certain patterns of LFS can activate different intracellular molecular cascades, and that longlasting activation of phosphatases by prior LFS can suppress the subsequent expression of LTP. We suggest that this form of metaplasticity may influence information storage by modulating the capacity of synapses to express LTP after repeated bouts of activity. This study was supported by Erciyes University Research Found (TYL-2018-8215, TYL-2018-8210). Keywords: hippocampus, priming stimulation, long-term potentiation, metaplasticity, rats

AMAÇ:Uzun dönemli güçlenme (UDG) ve baskılanma (UDB), sinaptik gücün uyarım sıklığına bağımlı bir değişimi olarak düşünülebilir. UDG'nin indüksiyonundan önce verilen düşük frekanslı stimülasyon (DFU), bazal sinaptik kuvveti veya UDG'nin erken fazını etkilemeden onu aktiviteye bağımlı bir şekilde inhibe eder ve fosfataz inhibitörleri tarafından bloke edilir. Bu çalışmada, dört farklı uyaran frekansı kullanarak DFU'nun sonraki UDG büyüklüğü üzerindeki etkisini araştırdık. YÖNTEM:Çalışmaya dahil edilen dört grup yetişkin Wistar rat, uyarım kalıbının frekansına göre ayrıldı (0,5-Hz, 1-Hz, 2-Hz ve 5-Hz, n = 8 / grup). Uzun dönemli baskılanma oluşturması beklenen bu farklı kalıpların sonraki UDG indüksiyonuna etkisi in-vivo yöntemle araştırıldı. Tüm düşük freakns kalıpları 900 puls’tan oluşturuldu. UDG güçlü bir tetanizasyon protokolü kullanılarak indüklendi (100 Hz, 1 saniye, 4 kez, 5 dakika aralıklı) ve eksitatör postsinaptik potansiyel (EPSP) eğiminin ve populasyon spike (PS) genliğinin, UDG indüksiyonundan 5 ve 60 dakika sonrasındaki 5’er dakikalık zaman aralığındaki ortalaması alınarak ölçüldü. UDG büyüklüğü, tek yönlü ANOVA testi kullanılarak karşılaştırıldı. BULGULAR:Uyaran şiddeti ile frekans arasında gözlenen anlamlı olmayan etkileşim, grupların input-output eğrilerinin farklı olmadığını gösterdi. Kalıcı bir UDG indüklemesi beklenen tetanizasyon protokolü, öncesinde 0,5-Hz frekanslı DFU kalıbı verildiğinde, EPSP-UDG oluşumunu 60 dakika boyunca inhibe etti ve bu inhibisyon 5-Hz uyarım kalıbından sonra gözlenmedi. PS-UDG genliği, ölçüm yapılan iki zaman aralığında da gruplar arasında anlamlı farklılık gösterdi (P < 0.001) ve büyüklükler ile DFU kalıbı frekansları arasında pozitif bir ilişki bulundu. SONUÇ:Bu veriler, belirli DFU kalıplarının, farklı hücre içi moleküler kaskadları aktive edebileceğini ve fosfatazların uzun süreli aktivasyona neden olan frekanslarda, erken UDG'yi etkilemeden sonraki UDG ekspresyonunu baskılayabileceğini göstermektedir. UDG'nin bu inhibisyonunun sinaptik aktivitenin daha düşük frekanslarında görülmesi, bu metaplastisite formunun, tekrarlanan nöronal aktivite sonrasında UDG eksprese etme kapasitesini değiştirebileceğini ve böylece bellek oluşum etkileyebileceğini düşündürmektedir. Bu çalışma, Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından TYL-2018-82105, TYL-2018-8210) nolu projeler kapsamında desteklenmiştir. Anahtar Kelimeler: hipokampus, priming stimulasyon, uzun dönemli güçlenme, metaplastisite, sıçan