Author(s):
Pinho, Júlia Sabrina Ferreira 
Date: 2011
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/4700
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Neurociências; Memantina; Hipocampo; Memória; Envelhecimento; Teses de mestrado - 2011
Description
Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2011 A potenciação de longo termo (Long-term potentiation- LTP) é considerada a base
neurofisiológica de diferentes tipos de memória, tal como a memória espacial. No envelhecimento,
está bem descrito um défice da memória dependente do hipocampo, em função do aumento da
idade, que é classicamente correlacionado com a diminuição da LTP.
Estudos recentes no nosso laboratório, focados nos mecanismos da LTP na área CA1 de
fatias de hipocampo de rato, demonstraram que a magnitude da LTP pode ser potenciada no
envelhecimento. Contudo é crucial entender este paradoxo entre a LTP aumentada no
envelhecimento e os défices de memória apresentados em animais velhos.
Os receptores de glutamato do tipo NMDA são essenciais para a potenciação de longo
termo na área CA1 do hipocampo.
Curiosamente, apesar de ser uma antagonista parcial dos receptores NMDA, a memantina
é um fármaco amplamente utilizado no tratamento da doença de Alzheimer com propriedades de
melhoria cognitiva. Assim, utilizando este fármaco, estudámos de que forma a alteração da
activação dos receptores NMDA poderia estar relacionada com o aumento da magnitude da LTP e
os défices de memória observados em animais velhos.
A memantina (10, 5 e 1 mg/kg/dia) ou um controlo salino foram cegamente administrados
intraperitonealmente durante 14 dias a ratos machos wistar com 10-15 ou 70-80 semanas de
idade. Foram usados ensaios comportamentais para avaliar a memória dependente de hipocampo
(Morris Water Maze), a actividade locomotora (Open Field) e a ansiedade (Elevated Plus Maze).
Potenciais pós-sinapticos excitatórios (fiel excitatory postsynaptic potentials- fEPSP) foram
registados na área CA1 do hipocampo para avaliar a LTP e a transmissão sináptica basal. A LTP
foi induzida por um protocolo θ-burst (4 bursts, 100Hz, 4 estimulos, separados por 200 ms) e a
transmissão sináptica basal foi analisada por curvas Input-Output. Os níveis dos receptores AMPA
(subunidade GluR1) e NMDA (subunidade 2B) foram quantificados por immunoblot.
A memantina apresentou um efeito dependente da dose em animais velhos. Para doses
altas (10 mg/kg/dia) a memantina diminuiu a magnitude da LTP em 40.2% conduzindo à perda de
memória dependente do hipocampo. Para doses moderadas (5 mg/kg/dia) é observada uma
diminuição da magnitude da LTP de 21.7% sem afectar a aprendizagem. Em animais tratados com
doses baixas (1 mg/kg/dia) não são observadas alterações quer na LTP quer na aprendizagem. A
memantina em animais jovens não apresenta, independentemente da dose, efeitos tanto na LTP
como na memória dependente do hipocampo.
Não são observadas alterações na transmissão sináptica basal, em qualquer grupo de
animais, bem como nos níveis de receptores NMDA (subunidade 2B) e AMPA (subunidade
GluR1).
Em suma, estes resultados sugerem que a LTP aumentada em animais velhos é um
fenómeno compensatório e não patológico. O crescente bloqueio da LTP, através de uma
antagonista parcial dos receptores NMDA, conduz a prejuízo da aprendizagem ao invés de
melhoria da aprendizagem, o que significa que a LTP aumentada é necessária para que os
processos de aprendizagem ocorram.
Hippocampal long-term potentiation (LTP) is considered the neurophysiological basis of
different types of memory, such as spatial memory. In ageing, there is a well-documented agedependent
decay of hippocampal dependent memory, which is classically associated with LTP
impairments. Recent studies in our laboratory, focused on LTP mechanisms in the CA1 area of rat
hippocampal slices, have shown that hippocampal LTP magnitude can also be enhanced upon
ageing. Therefore it is crucial to understand this apparent paradox correlating the higher LTP to
the memory deficits displayed by these aged animals.
NMDA glutamate receptors are essential for CA1 hippocampal long-term potentiation.
Interestingly, in spite of being a partial antagonist of NMDA receptors, memantine is a drug
widely used in the treatment of Alzheimer’s disease, having cognitive enhancing properties. Thus,
using this drug, we now studied whether changes on NMDA receptor activation could be related to
the increased LTP magnitude and memory impairments observed in older animals.
Memantine (10, 5 and 1 mg/kg/day) or saline vehicle were blindly intraperitonealy (ip)
administrated for 14 days to 10-15 (young) and 70-80 (old) weeks old male Wistar rats. Behaviour
assays were used to evaluate hippocampal dependent memory (Morris Water Maze), locomotor
activity (Open Field) and anxiety (Elevated Plus Maze) across the different age groups and
pharmacological treatments. Field-excitatory post-synaptic potentials were recorded from the CA1
area of the hippocampus to evaluate LTP and basal synaptic transmission. LTP was induced by a
θ-burst protocol (4 bursts, 100Hz, 4 stimuli, separated by 200 ms) and basal synatic transmission
was analized through Input-Output Curves. The levels of GluR1 and NMDA(2B) subunits of
glutamate receptors were quantified by immunoblot analysis.
Memantine induces a dose dependent effect in old animals: for higher doses (10
mg/kg/day) memantine decreases the LTP magnitude by 40.2%, and leads to hippocampal
dependent memory impairments. For moderate doses (5 mg/kg/day) a decrease of 21.7 % in LTP
is observed, whereas learning remains unchanged. The lower doses did not affect neither LTP nor
the learning performance. In contrast, the administration of memantine to young animals, did not
change LTP or hippocampal dependent memory, regardless of the dosage.
The basal synaptic transmission and the levels of AMPA (GluR1 subunit) and NMDA
(subunit 2B) receptors were not affected in any of the age groups or dose.
VII
Overall, these results suggest that the higher LTP observed in old animals is a
compensatory phenomenon, rather that a pathological one. The age-dependent blockade of LTP by
a partial antagonist of NMDA receptors, leads to learning deficits in spite of learning improvements, implies that the higher LTP observed may be required for the learning process to occur.
