Endocannabinoids mediate bidirectional striatal spike-timing dependent plasticity

Autor: Cui, Yihui, Paille, Vincent, Xu, Hao, Genet, Stéphane, Delord, Bruno, Fino, Elodie, Berry, Hugues, Venance, Laurent
Přispěvatelé: Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CIRB), Labex MemoLife, École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Collège de France (CdF (institution))-Ecole Superieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris (ESPCI Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique (ISIR), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), AMAC, Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2), Artificial Evolution and Computational Biology (BEAGLE), Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information (LIRIS), Université de Lyon-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Centrale de Lyon (ECL), Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), INSERM, INRIA, College de France, Agence Nationale pour la Recherche, Ecole des Neurosciences de Paris, Collège de France (CdF (institution))-Université Paris sciences et lettres (2020-....) 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(PSL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive - UMR 5558 (LBBE), Université de Lyon-Université de Lyon-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-VetAgro Sup - Institut national d'enseignement supérieur et de recherche en alimentation, santé animale, sciences agronomiques et de l'environnement (VAS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire d'Excellence Memolife (LABEX Memolife), École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-PSL Research University (PSL), Collège de France (CdF)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-PSL Research University (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre de Mathématiques Appliquées - Ecole Polytechnique (CMAP), École polytechnique (X)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Action-Neuroimagerie-Modelisation (ANIM), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre Hospitalier Universitaire [Grenoble] (CHU)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Lumière - Lyon 2 (UL2)-École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria Grenoble - Rhône-Alpes, Berry, Hugues
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2015
Předmět:
Male
receptor
[SDV]Life Sciences [q-bio]
[SDV.NEU.NB]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology
Long-Term Potentiation
TRPV Cation Channels
Neuroscience: Cellular/Molecular
Rats
Sprague-Dawley
Mice
Receptor
Cannabinoid
CB1
synaptic-transmission
Animals
anandamide
long-term depression
endocannabinoids
metaplasticity
ComputingMilieux_MISCELLANEOUS
Neurons
[SDV.BIBS] Life Sciences [q-bio]/Quantitative Methods [q-bio.QM]
potentiation
synaptic plasticity
Long-Term Synaptic Depression
dendritic spikes
[SDV.NEU.NB] Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]/Neurobiology
[SDV.BIBS]Life Sciences [q-bio]/Quantitative Methods [q-bio.QM]
Corpus Striatum
Rats
Mice
Inbred C57BL
modulation
Synapses
basal ganglia
Female
activation
[SDV.NEU]Life Sciences [q-bio]/Neurons and Cognition [q-bio.NC]
Zdroj: The Journal of Physiology
The Journal of Physiology, Wiley, 2015, 593 (13), pp.2833-2849. ⟨10.1113/JP270324⟩
The Journal of Physiology, 2015, 593 (13), pp.2833-2849. ⟨10.1113/JP270324⟩
ISSN: 0022-3751
1469-7793
DOI: 10.1113/JP270324⟩
Popis: Although learning can arise from few or even a single trial, synaptic plasticity is commonly assessed under prolonged activation. Here, we explored the existence of rapid responsiveness of synaptic plasticity at corticostriatal synapses in a major synaptic learning rule, spike-timing-dependent plasticity (STDP). We found that spike-timing-dependent depression (tLTD) progressively disappears when the number of paired stimulations (below 50 pairings) is decreased whereas spike-timing-dependent potentiation (tLTP) displays a biphasic profile: tLTP is observed for 75-100 pairings, is absent for 25-50 pairings and re-emerges for 5-10 pairings. This tLTP induced by low numbers of pairings (5-10) depends on activation of the endocannabinoid system, type-1 cannabinoid receptor and the transient receptor potential vanilloid type-1. Endocannabinoid-tLTP may represent a physiological mechanism operating during the rapid learning of new associative memories and behavioural rules characterizing the flexible behaviour of mammals or during the initial stages of habit learning.Synaptic plasticity, a main substrate for learning and memory, is commonly assessed with prolonged stimulations. Since learning can arise from few or even a single trial, synaptic strength is expected to adapt rapidly. However, whether synaptic plasticity occurs in response to limited event occurrences remains elusive. To answer this question, we investigated whether a low number of paired stimulations can induce plasticity in a major synaptic learning rule, spike-timing-dependent plasticity (STDP). It is known that 100 pairings induce bidirectional STDP, i.e. spike-timing-dependent potentiation (tLTP) and depression (tLTD) at most central synapses. In rodent striatum, we found that tLTD progressively disappears when the number of paired stimulations is decreased (below 50 pairings) whereas tLTP displays a biphasic profile: tLTP is observed for 75-100 pairings, absent for 25-50 pairings and re-emerges for 5-10 pairings. This tLTP, induced by very few pairings (∼5-10) depends on the endocannabinoid (eCB) system. This eCB-dependent tLTP (eCB-tLTP) involves postsynaptic endocannabinoid synthesis, requires paired activity (post- and presynaptic) and the activation of type-1 cannabinoid receptor (CB1R) and transient receptor potential vanilloid type-1 (TRPV1). eCB-tLTP occurs in both striatopallidal and striatonigral medium-sized spiny neurons (MSNs) and is dopamine dependent. Lastly, we show that eCB-LTP and eCB-LTD can be induced sequentially in the same neuron, depending on the cellular conditioning protocol. Thus, while endocannabinoids are usually thought simply to depress synaptic function, they also constitute a versatile system underlying bidirectional plasticity. Our results reveal a novel form of synaptic plasticity, eCB-tLTP, which may underlie rapid learning capabilities characterizing behavioural flexibility.
Databáze: OpenAIRE
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