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https://hdl.handle.net/10216/134442| Author(s): | Catarina Manuela Gonçalves da Costa |
| Title: | Forebrain cholinergic plasticity in rats with chronic epilepsy induced by status epilepticus |
| Issue Date: | 2021-05-18 |
| Abstract: | The brain cholinergic system may undergo structural and functional alterations both in human epilepsy and in respective animal models, but the causal relationships between these alterations and epilepsy remain to be established. In this study, we attempted to examine how the inhibition of epilepsy-related cholinergic plasticity may be reflected in seizure susceptibility and/or in the development of chronic epilepsy and its neurological consequences. For this purpose, adult Wistar rats received intrahippocampal injections of low doses of 192 IgG-saporin (SAP) to produce a moderate, but significant loss of septohippocampal cholinergic cells and to suppress their plasticity. Then, animals were treated with kainic acid to induce status epilepticus, which leads to the development of chronic epilepsy later in life. It was found that SAP-pretreatment was associated with longer latency to the onset of status epilepticus and with reduced mortality rate, suggesting that increased activity of septal cholinergic cells may potentiate seizures. Interestingly, months later, a greater percentage of rats with intact septohippocampal cholinergic connections showed spontaneous seizures, when compared to SAP-pretreated rats. Treatment with kainic acid produced death of 40-50% of hippocampal neurons and this effect was not ameliorated by prior cholinergic depletion. Moreover, the kainate induced cognitive deficits were detected in both SAP-pretreated and sham-pretreated groups. These data suggest that seizure-induced plasticity of cholinergic cells may indeed enhance seizure susceptibility and contribute to epileptogenic processes. They do not support the hypothesis that epilepsy-related hypertrophy of cholinergic neurons may potentiate hippocampal cell loss and respective behavioral impairments. In a subsequent part of our project, we studied the effects of epilepsy on GABAergic neurons of the medial septum. Immunohistochemistry techniques were used to identify cells stained for parvalbumin known to be co-expressed by septal GABAergic neurons. We found a 35% reduction in this neuronal population, which can justify some of the clinical findings in epileptic individuals, like learning and memory impairments. Also, we established a functional interaction between the GABAergic and cholinergic systems by showing that cholinergic fiber varicosities are co-localized with perikarya and neurites immunoreactive for parvalbumin in both KA-treated and control animals. Notably, the density of cholinergic fiber varicosities in the medial septum was increased by 45% in epileptic animals, suggesting enhanced cholinergic drive upon septohippocampal GABAergic cells, which can be explained as a compensatory mechanism for the decrease of GABAergic neurons, or as a contributing factor for septohipocampal pathway disruption and, ultimately, epileptogenesis. |
| Description: | O sistema colinérgico cerebral pode sofrer alterações funcionais e estruturais tanto em doentes epiléticos como nos modelos da doença. Contudo, a relação causal entre essas alterações e epilepsia ainda não se encontra estabelecida. Neste estudo, tentamos examinar o modo como a inibição da plasticidade colinérgica relacionada com epilepsia se pode refletir na suscetibilidade a crises epiléticas e/ou desenvolvimento de epilepsia crónica, assim como as suas consequências neurológicas. Assim sendo, foram administradas injeções intra-hipocampais com baixas doses de 192-IgG-saporina (SAP) em ratos Wistar adultos de modo a produzir uma moderada, mas significativa perda de neurónios colinérgicos na região septohippocampal, e suprimir a sua plasticidade. Os animais foram depois tratados com ácido caínico de modo a induzir status epilepticus, levando a posterior desenvolvimento de epilepsia crónica. Foi descoberto que o tratamento prévio com SAP se associa a um maior período de latência até ao início do estado de mal e a uma menor taxa de mortalidade, sugerindo que a elevada atividade das células colinérgicas septais pode potenciar crises epiléticas. Meses mais tarde, verificou-se que, em comparação com os ratos previamente tratados com SAP, uma maior percentagem de ratos com conexões colinérgicas septohipocampais intactas desenvolveram crises espontâneas. O tratamento com ácido caínico induziu perda de 40-50% dos neurónios hipocampais e este efeito não foi melhorado com depleção colinérgica prévia. Para além disso, os défices cognitivos induzidos por ácido caínico foram detetados tanto no grupo tratado com SAP como no grupo controlo. Estes dados sugerem que a plasticidade colinérgica induzida por crises epiléticas pode, de facto, aumentar a suscetibilidade a crises e contribuir para processos epileptogénicos. Os dados obtidos não suportam a hipótese de que a hipertrofia neuronal colinérgica relacionada com epilepsia pode potenciar perda celular hipocampal e as suas respetivas limitações comportamentais. Numa subsequente parte do projeto, decidimos estudar o efeito do modelo de epilepsia com ácido caínico na população GABAérgica do septo medial e banda diagonal de Broca (MS/DB). Usamos técnicas de imunohistoquímica para identificar neurónios marcados com parvalbumina, sendo esta co-expressa nos neurónios GABAérgicos do septo medial. Foi detetada uma diminuição de 35% nesta população neuronal, o que pode justificar alguns dos achados clínicos encontrados em animais epiléticos, como défices de formação de memória e aprendizagem. Estabelecemos também uma interação funcional entre os sistemas GABAérgicos e colinérgicos ao demonstrar a existência de co-localização entre varicosidades colinérgicas e neurites e pericários imunorreativos para parvalbumina, tanto em animais tratados com ácido caínico, como animais controlo. A densidade das varicosidades das fibras colinérgicas no septo medial encontra-se aumentada 45% nos animais epiléticos, sugerindo um aumento do aporte colinérgico para as células GABAérgicas septohipocampais. Isto pode ser explicado por um mecanismo compensatório devido à perda de neurónios GABAérgicos, ou pode ser um fator que contribui para a disrupção da via septohipocampal e, subsequentemente, para a epileptogénese. |
| Subject: | Medicina básica Basic medicine |
| Scientific areas: | Ciências médicas e da saúde::Medicina básica Medical and Health sciences::Basic medicine |
| DOI: | 10.34626/b486-1x48 |
| TID identifier: | 202848264 |
| URI: | https://hdl.handle.net/10216/134442 |
| Document Type: | Dissertação |
| Rights: | restrictedAccess |
| License: | https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ |
| Appears in Collections: | FMUP - Dissertação |
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