Loss of homeostasis in the direct pathway in a mouse model of asymptomatic parkinson’s disease

The characteristic slowness of movement in Parkinson's disease relates to an imbalance in the activity of striatal medium spiny neurons (MSNs) of the direct (dMSNs) and indirect (iMSNs) pathways. However, it is still unclear whether this imbalance emerges during the asymptomatic phase of the disease or if it correlates with symptom severity. Here, we have used in vivo juxtacellular recordings and transgenic mice showing MSN-type-specific expression of fluorescent proteins to examine striatal imbalance after lesioning dopaminergic neurons of the substantia nigra. Multivariate clustering analysis of behavioral data discriminated 2 groups of dopamine-lesioned mice: asymptomatic (42 ± 7% dopaminergic neuron loss) and symptomatic (85 ± 5% cell loss). Contrary to the view that both pathways have similar gain in control conditions, dMSNs respond more intensely than iMSNs to cortical inputs in control animals. Importantly, asymptomatic mice show significant functional disconnection of dMSNs from motor cortex without changes in iMSN connectivity. Moreover, not only the gain but also the timing of the pathways is altered in symptomatic parkinsonism, where iMSNs fire significantly more and earlier than dMSNs. Therefore, cortical drive to dMSNs decreases after partial nigrostriatal lesions producing no behavioral impairment, but additional alterations in the gain and timing of iMSNs characterize symptomatic rodent parkinsonism.Fil: Escande, Mariela Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay; ArgentinaFil: Taravini, Irene Rita Eloisa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Investigaciones Farmacológicas. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Investigaciones Farmacológicas; Argentina. Universidad Nacional de Entre Ríos; ArgentinaFil: Zold, Camila Lidia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay; ArgentinaFil: Belforte, Juan Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay; ArgentinaFil: Murer, Mario Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Fisiología y Biofísica Bernardo Houssay; Argentin