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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2108/401

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contributor.advisorCalabresi, Paolo-
contributor.authorBarone, Ilaria-
date.accessioned2008-01-28T18:10:59Z-
date.available2008-01-28T18:10:59Z-
date.issued2008-01-28T18:10:59Z-
identifier.urihttp://hdl.handle.net/2108/401-
description20. cicloen
description.abstractRazionale ed obiettivi: Lo stroke rappresenta una delle maggiori cause di morte e di invalidità nel mondo. Nella maggior parte dei casi, i danni conseguenti all’ischemia portano a conseguenze più o meno severe. Tuttavia il recupero è spesso dinamico, data la capacità di adattamento del sistema nervoso centrale al danno. I fenomeni di plasticità sinaptica che si verificano nella corteccia cerebrale e nelle strutture sotto-corticali dopo ischemia sono stati studiati a livello sinaptico, cellulare e dell’intero network e molti dati suggeriscono che essi svolgono un ruolo chiave nella sopravvivenza neuronale. In particolare, studi in vivo hanno dimostrato che la deprivazione di ossigeno e glucosio (OGD) esercita cambiamenti a lungo termine dell’efficacia della trasmissione sinaptica sia impedendo l’espressione della LTP fisiologica sia provocando un potenziamento patologico della trasmissione sinaptica eccitatoria denominata LTP post-ischemica (i-LTP). Nel corso di questo studio sono stati analizzati i meccanismi cellulari e molecolari alla base dell’induzione e del mantenimento di queste forme di plasticità sinaptica patologica ed è stata esaminata l’efficacia di diverse strategie neuroprotettive nei confronti del danno ischemico. In primo luogo, sono stati studiati, sui neuroni spinosi dello striato, gli effetti dell'inibizione farmacologica delle subunità NR2B del recettore NMDA per il glutammato sulle alterazioni elettrofisiologiche e morfologiche indotte dall'ischemia focale in vivo. Successivamente, considerando il deficit nell'omeostasi del Na+ e del Ca2+ intracellulari, che si verifica nel corso dell'ischemia cerebrale e che conduce a morte neuronale, è stato analizzato, mediante registrazioni intracellulari, l'effetto dell'inibizione farmacologica dello scambiatore Na+/Ca2+(NCX) sull’attività dei neuroni spinosi del core ischemico, individuato, dopo occlusione permanente dell’arteria cerebrale media (pMCAO), attraverso la registrazione dei potenziali di campo extracellulari. Infine, vista la stretta relazione tra morte neuronale dopo ischemia e metabolismo mitocondriale, abbiamo analizzato nel modello di OGD in vitro, l’effetto neuroprotettivo dell’acetil-L-carntina (ALC), un composto in grado sia di modulare il sistema colinergico sia di interferire con la produzione di energia mitocondriale. Metodi: Le registrazioni elettrofisiologiche sono state ottenute da preparazioni corticostriatali di ratto. Per indurre l’LTP è stato usato il protocollo di stimolazione ad alta frequenza delle fibre corticostriatali (HFS). L’ischemia in vitro è stata indotta mediante OGD, mentre la pMCAO è stata usata come modello di ischemia in vivo. Risultati: L’impiego di antagonisti della subunità NR2B del recettore NMDA, quali l'ifenprodil, è stato in grado di bloccare l'LTP post-ischemico, favorendo il recupero della normale attività sinaptica nella penombra ischemica. Inoltre, la somministrazione sistemica di ifenprodil ha ridotto il volume infartuale e migliorato i deficit neurologici. Il blocco farmacologico di NCX mediante l'applicazione del bepridil o del CB-DMB ha provocato una perdita irreversibile e dose-dipendente dei potenziali di campo registrati nella penombra ischemica oltre ad aver causato alterazioni cellula-specifiche delle proprietà elettrofisiologiche attraverso un meccanismo di azione postsinaptico. Mediante registrazioni extracellulari, infatti, abbiamo dimostrato che ALC esercita un'azione neuroprotettiva e stereospecifica nei confronti dell'ischemia in vitro, mediante l'attivazione dei recettori muscarinici di tipo M2. Studi condotti attraverso registrazioni intracellulari, hanno, inoltre, permesso di confermare l'efficacia dose-dipendente e stereospecifica di tale composto nei confronti dell'OGD e di individuare, attraverso l'applicazione dell'FCCP, un disaccoppiante della catena mitocondriale, il suo coinvolgimento nel metabolismo mitocondriale in condizioni fisiologiche e patologiche. Conclusioni: nel corso del presente studio sui meccanismi di neuroprotezione nei modelli di ischemia cerebrale, abbiamo mostrato che i recettori NMDA che contengono la subunità NR2B giocano un ruolo chiave nell’induzione dell’i-LTP. In seguito abbiamo dimostrato l’efficacia di NCX nel mantenere l’omeostasi ionica nella zona peri-infartuale; infine abbiamo chiarito l’effetto neuroprotettivo dell’ALC nel prevenire la perdita dei potenziali di campo e l’espressione della forma di plasticità sinaptica patologica che si verifica in seguito all’evento ischemicoen
description.abstractBackground and Purpose: Stroke is the second commonest cause of death and the principal cause of adult disability in the world. In most cases ischemic injuries have been reported to induce mild to severe permanent deficits. Nevertheless, recovery is often dynamic, reflecting the ability of the injured neuronal networks to adapt. Plastic phenomena occurring in the cerebral cortex and in subcortical structures after ischemia have been documented at the synaptic, cellular and network level and several findings suggest that they may play a key role during neurorehabilition in human stroke survivors. In particular, in vitro studies have demonstrated that oxygen and glucose deprivation (OGD) exerts long term effects on the efficacy of synaptic transmission either via the prevention of the stable expression of physiological LTP or by causing itself a potentiation of the excitatory synaptic transmission, named post-ischemic LTP (i-LTP). In the present study we analyzed the cellular and molecular mechanisms underlie the induction and maintenance of these pathological forms of synaptic plasticity and we characterized the differential efficacy of neuroprotective strategies in the neuronal damage induced by ischemia. First, we studied the differential effect of the NR2B subunit antagonist of the N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors, ifenprodil, in the induction of LTP and i-LTP as well as in the glutamate-mediated excitotoxicity in an in vivo model of ischemia. Secondly, considering the excessive intracellular accumulation of both Na+/Ca2+ ions which results in subsequent cell death, we have analyzed the effect of the pharmacological inhibition of the plasma membrane Na+/Ca2+ exchanger (NCX) on the physiological properties of striatal neurons recorded from peri-infarct area after in vivo ischemia. Finally, since the neuronal death after ischemia is closely linked to the essential role of mitochondrial metabolism, we have analyzed the neuroprotective role of acetyl-L-carnitine (ALC), a drug that can both modulate cholinergic system and interfere with mitochondrial metabolism, on an in vitro model of brain ischemia. Methods: Electrophysiological recordings were obtained from rat corticostriatal slices preparations. High-frequency stimulation of corticostriatali fibers was used as a LTP-inducing protocol. In vitro ischemia was induced by OGD; in vivo ischemia was induced by permanent middle cerebral artery occlusion (pMCAO). Results: Antagonists selectively targeting NMDA receptors containing the NR2B subunit blocked i-LTP without affecting activity-dependent LTP. This inhibition caused reduction of brain damage, amelioration of neurological outcome and normalization of the synaptic levels of NR2B subunits. Inhibitors of NCX reduced in a concentration-dependent manner the field potential amplitude recorded from the penumbra of corticostriatal slices after pMCAO and induced the cell-type-specific electrophysiological alterations trough a postsynaptic site of action. Following in vitro ischemia, by using extracellular recordings, the pretreatment with ALC produced a progressive and dose-dependent recovery of the field potential amplitude following in vitro ischemia; this effect was stereospecific and requires the activity of choline uptake system and the activation of M2 muscarinic receptors. Intracellular recordings also demonstrated that ALC did not alter the induction or the maintenance of physiological activity-dependent LTP, while it prevented i-LTP in a dose-dependent manner. In the presence of a very low dose of the mitochondrial uncoupler FCCP, ALC no longer prevented i-LTP suggesting that neuroprotective effects of ALC may require a compensatory activity of mitochondrial energy metabolism. Conclusions: During the present study of neuroprotective mechanisms we have shown that NR2B-containing NMDA receptors play a critical role in the induction of i-LTP. Moreover we have demonstrated the ability of NCX in the maintenance of ionic homeostasis in the peri-infarct area and finally we have shown the beneficial effect of ALC preventing the loss of field potential recorded from corticostriatal slices and the expression of pathological synaptic plasticity induced by ischemia.en
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language.isoiten
subjectelettrofisiologiaen
subjectcorticostriatal synaptic plasticityen
subjectischemiaen
subjectocclusione dell’arteria cerebrale mediaen
subjectplasticità sinaptica corticostriataleen
subjectcatena respiratoria mitocondrialeen
subjectelectrophysiologyen
subjectmiddle cerebral artery occlusionen
subjectmitochondrial respiratory chainen
titleStrategie neuroprotettive nell'ischemia cerebrale sperimentaleen
typeDoctoral thesisen
degree.nameDottorato in neuroscienzeen
degree.levelDottoratoen
degree.disciplineFacoltà di medicina e chirurgiaen
degree.grantorUniversità degli studi di Roma Tor Vergataen
date.dateofdefenseA. A. 2006/2007en
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Bagetta et al_.pdfAllegato IV563KbAdobe PDFView/Open
Picconi et al_Neuropharm2006.pdfAllegato III210KbAdobe PDFView/Open
Tortiglione et al_Stroke2007.pdfAllegato II545KbAdobe PDFView/Open
Picconi et al_Stroke_2006.pdfAllegato I461KbAdobe PDFView/Open
tesi Barone.pdftesto tesi1047KbAdobe PDFView/Open

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