Electrophysiological study of long-term modifications of synaptic strenght in the central nervous system

Il nucleo accumbens (NAc), il maggior componente del sistema mesocorticolimbico, è coinvolto nella mediazione delle proprietà di rinforzo e nella dipendenza da diverse sostanze d’abuso. Le sinapsi glutammatergiche del NAc possono esprimere plasticità, tra cui una forma di depressione a lungo termine (LTD) dipendente dagli endocannabinoidi (eCB). Recenti studi hanno dimostrato un’interazione tra le vie di segnalazione del sistema eCB e quelle di altri sistemi recettoriali, compreso quello serotoninergico (5-HT); la vasta colocalizzazione di recettori serotoninergici e CB1 nel NAc suggerisce la possibilità di un’interazione tra questi due sistemi. In questo studio abbiamo riscontrato che una stimolazione a 4 Hz per 20 minuti (LFS-4Hz) delle afferenze glutammatergiche in fettine cerebrali di ratto, induce una nuova forma di eCB-LTD nel core del NAc, che richiede l’attivazione dei recettori CB1 e 5-HT2 e l’apertura dei canali del Ca2+ voltaggio-dipendenti di tipo L. Inoltre abbiamo valutato che l’applicazione esogena di 5-HT (5 M, 20 min) induce una LTD analoga (5-HT-LTD) a livello delle stesse sinapsi, che richiede l’attivazione dei medesimi recettori e l’apertura degli stessi canali del Ca2+; LFS-4Hz-LTD e 5-HT-LTD sono reciprocamente saturanti. Questi risultati suggeriscono che la LFS-4Hz induce il rilascio di 5-HT, che si lega ai recettori 5-HT2 a livello postsinaptico incrementando l’influsso di Ca2+ attraverso i canali voltaggio-dipendenti di tipo L e la produzione e il rilascio di 2-arachidonoilglicerolo; l’eCB viaggia a ritroso e si lega al recettore CB1 a livello presinaptico, causando una diminuzione duratura del rilascio di glutammato, che risulta in una LTD. Queste osservazioni possono essere utili per comprendere i meccanismi neurofisiologici che sono alla base della dipendenza da sostanze d’abuso, della depressione maggiore e di altre malattie psichiatriche caratterizzate dalla disfunzione della neurotrasmissione di 5-HT nel NAc.The nucleus accumbens (NAc), a major component of the mesolimbic system, is involved in the mediation of reinforcing and addictive properties of many dependence-producing drugs. Glutamatergic synapses within the NAc can express plasticity, including a form of endocannabinoid (eCB)-long-term depression (LTD). Recent evidences demonstrate cross-talk between eCB signaling pathways and those of other receptor systems, including serotonin (5-HT); the extensive co-localization of CB1 and 5-HT receptors within the NAc suggests the potential for interplay between them. Here, we found that 20 min low-frequency (4 Hz) stimulation (LFS-4Hz) of glutamatergic afferences in rat brain slices induces a novel form of eCB-LTD in the NAc core, which requires 5-HT2 and CB1 receptors activation and L-type voltage-gated Ca2+ channels opening. Moreover, we found that exogenous 5-HT application (5 μM, 20 min) induces an analogous LTD (5HT-LTD) at the same synapses, requiring the activation of the same receptors and the opening of the same Ca2+ channels; LFS-4Hz-LTD and 5-HT-LTD were mutually occlusive. Present results suggest that LFS-4Hz induces the release of 5-HT, which acts at 5-HT2 postsynaptic receptors increasing Ca2+ influx through L-type voltage-gated channels and 2-arachidonoyl-glycerol production and release; the eCB travels retrogradely and binds to presynaptic CB1 receptors, causing a long-lasting decrease of glutamate release resulting in LTD. These observations might be helpful to understand the neurophysiological mechanisms underlying drug addiction, major depression and other psychiatric disorders characterized by dysfunction of 5-HT neurotransmission in the NAc