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The contribution of raised intraneuronal chloride to epileptic network activity.

The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience (2015-05-23)
Hannah Alfonsa, Edward M Merricks, Neela K Codadu, Mark O Cunningham, Karl Deisseroth, Claudia Racca, Andrew J Trevelyan
RESUMEN

Altered inhibitory function is an important facet of epileptic pathology. A key concept is that GABAergic activity can become excitatory if intraneuronal chloride rises. However, it has proved difficult to separate the role of raised chloride from other contributory factors in complex network phenomena, such as epileptic pathology. Therefore, we asked what patterns of activity are associated with chloride dysregulation by making novel use of Halorhodopsin to load clusters of mouse pyramidal cells artificially with Cl(-). Brief (1-10 s) activation of Halorhodopsin caused substantial positive shifts in the GABAergic reversal potential that were proportional to the charge transfer during the illumination and in adult neocortical pyramidal neurons decayed with a time constant of τ = 8.0 ± 2.8s. At the network level, these positive shifts in EGABA produced a transient rise in network excitability, with many distinctive features of epileptic foci, including high-frequency oscillations with evidence of out-of-phase firing (Ibarz et al., 2010). We show how such firing patterns can arise from quite small shifts in the mean intracellular Cl(-) level, within heterogeneous neuronal populations. Notably, however, chloride loading by itself did not trigger full ictal events, even with additional electrical stimulation to the underlying white matter. In contrast, when performed in combination with low, subepileptic levels of 4-aminopyridine, Halorhodopsin activation rapidly induced full ictal activity. These results suggest that chloride loading has at most an adjunctive role in ictogenesis. Our simulations also show how chloride loading can affect the jitter of action potential timing associated with imminent recruitment to an ictal event (Netoff and Schiff, 2002).

MATERIALES
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Sigma-Aldrich
Bicarbonato de sodio, powder, BioReagent, for molecular biology, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture
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Cloruro de sodio, for molecular biology, DNase, RNase, and protease, none detected, ≥99% (titration)
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Magnesium chloride solution, for molecular biology, 1.00 M±0.01 M
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Magnesium chloride, anhydrous, ≥98%
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Cloruro de calcio solution, BioUltra, for molecular biology, ~1 M in H2O
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Sodium chloride solution, 0.9% in water, BioXtra, suitable for cell culture
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Cloruro de sodio, BioReagent, suitable for cell culture, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, ≥99%
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Sodium chloride solution, 5 M in H2O, BioReagent, for molecular biology, suitable for cell culture
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Calcium chloride, anhydrous, BioReagent, suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture, ≥96.0%
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SAFC
Sodium chloride solution, 5 M
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Fluorescein 5(6)-isothiocyanate, BioReagent, suitable for fluorescence, mixture of 2 components, ≥90% (HPLC)
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Magnesium chloride, powder, <200 μm
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Cloruro de sodio, JIS special grade, ≥99.5%
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Sodium chloride solution, BioUltra, for molecular biology, ~5 M in H2O
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Cloruro de sodio, 99.999% trace metals basis
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Calcium chloride, anhydrous, powder, 99.99% trace metals basis
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Sigma-Aldrich
Cloruro de sodio, BioUltra, for molecular biology, ≥99.5% (AT)
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Magnesium chloride solution, BioUltra, for molecular biology, 2 M in H2O
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Magnesium chloride, BioReagent, suitable for insect cell culture, ≥97.0%
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Somatostatin, ≥97% (HPLC), powder
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Cloruro de sodio, SAJ first grade, ≥99.0%
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Magnesium chloride solution, PCR Reagent, 25 mM MgCI2 solution for PCR
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Calcium chloride, AnhydroBeads, −10 mesh, ≥99.9% trace metals basis
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Gramicidin from Bacillus aneurinolyticus (Bacillus brevis), Linear polypeptide antibiotic complex. A mixture of gramicidins A, B, C, and D.
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Magnesium chloride, AnhydroBeads, −10 mesh, 99.9% trace metals basis
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Cloruro de sodio, BioXtra, ≥99.5% (AT)
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Fluorescein 5(6)-isothiocyanate, ≥90% (HPLC)
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Fluorescein isothiocyanate isomer I, ≥97.5% (HPLC)
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Cloruro de sodio, BioPerformance Certified, ≥99% (titration), suitable for insect cell culture, suitable for plant cell culture
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Sigma-Aldrich
Cloruro de sodio, AnhydroBeads, −10 mesh, 99.999% trace metals basis
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