Activation of NMDA receptors is required for the initiation and maintenance of walking-like activity in the mudpuppy (Necturus Maculatus)

Authors: Cheng, Jianguo; Lavrov, Igor

Source: Canadian Journal of Physiology and Pharmacology, Volume 82, Numbers 8-9, July 2004 , pp. 637-644(8)

Publisher: NRC Research Press

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Abstract:

We hypothesized that blocking the activation of N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptors prevents the initiation of walking-like activity and abolishes the ongoing rhythmic activity in the spinal cord - forelimb preparation from the mudpuppy. Robust walking-like movements of the limb and rhythmic alternating elbow flexor–extensor EMG pattern characteristic of walking were elicited when continuous perfusion of the spinal cord with solution containing D-glutamate. The frequency of the walking-like activity was dose-dependent on the concentration of D-glutamate in the bath over a range of 0.2 to 0.9 mmol/L. Elevation of potassium concentrations failed to induce walking-like activity. Application of the selective antagonist 2-amino-5-phosphonovalerate (AP-5) produced dose-dependent block of the initiation and maintenance of walking-like activity induced by D-glutamate. Complete block of the activity was achieved when the concentration of AP-5 reached 20 µmol/L. Furthermore, application of L-701,324 (a selective antagonist of the strychnine-insensitive glycine site of NMDA receptor) (1–10 µmol/L) also resulted in complete block of the walking-like activity. In contrast, application of the non-NMDA receptor antagonist 6-cyno-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX) (1–50 µmol/L) induced a dose-dependent inhibition of the burst frequency but failed to result in a complete block. Only at concentration as high as 100 µmol/L, did CNQX cause complete block of the rhythmic activity, presumably through nonspecific action on the strychnine-insensitive glycine site of NMDA receptors. These results suggest that activation of NMDA receptors is required for the initiation and maintenance of walking-like activity. Operation of non-NMDA receptors plays a powerful role in the modulation of the walking-like activity in the mudpuppy.Key words: locomotion, central pattern generator, spinal cord, mudpuppy, glutamate, glycine, N-methyl-D-aspartate (NMDA)-receptor, 2-amino-5-phosphonovalerate (AP-5), 6-cyno-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX).

Nous avons émis l'hypothèse que le blocage de l'activation des récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) empêche l'initiation de l'activité de type marche et supprime l'activité rythmique en cours dans la préparation de moelle épinière-membre antérieur du necture tacheté. Les mouvements de type marche vigoureux du membre et le patron EMG rythmique alterné des fléchisseurs et extenseurs du coude, caractéristique de la marche, ont été déclenchés par la perfusion continue de la moelle épinière avec une solution contenant du D-glutamate. La fréquence de l'activité de type marche a été dépendante de la concentration de glutamate dans la préparation, dans une plage de 0,2 à 0,9 mmol/L. L'élévation des concentrations de potassium n'a pas induit d'activité de type marche. L'application de l'antagoniste sélectif 2-amino-5-phosphonovalérate (AP-5) a causé un blocage dose-dépendant de l'initiation et du maintien de l'activité de type marche induite par le D-glutamate. Un blocage complet de l'activité a été obtenu lorsque la concentration d'AP-5 a atteint 20 µmol/L. De plus, l'application de L-701,324 (un antagoniste sélectif du site glycine insensible à la strychnine des récepteurs NMDA) (1-10 µmol/L) a aussi causé un blocage complet de l'activité de type marche. À l'opposé, l'application de l'antagoniste du récepteur non-NMDA 6-cyno-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX) (1-50 µ mol/L) a induit une inhibition dose-dépendante de la fréquence de décharge mais n'a pas provoqué de blocage complet. CNQX n'a provoqué un blocage complet de l'activité rythmique qu'à une concentration aussi élevée que 100 µmol/L, probablement par une action non spécifique sur le site glycine insensible à la strychnine des récepteurs NMDA. Ces résultats donnent à penser que l'activation des récepteurs NMDA est nécessaire à l'initiation et au maintien de l'activité de type marche. Les récepteurs non-NMDA jouent un rôle important dans la modulation de l'activité de type marche chez le necture tacheté.Mots clés : locomotion, générateur de patron central, moelle épinière, necture tacheté, glutamate, glycine, récepteur N-méthyl-D-aspartate (NMDA), 2-amino-5-phosphonovalérate (AP-5), 6-cyno-7-nitroquinoxaline-2,3-dione (CNQX).[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2004

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