THE RHYTHM OF THE NIGHT A diurnal cycle of intracellular Chloride concentration in cortical pyramidal neurons affects brain physiology

Cortical activity patterns are strongly modulated by fast synaptic inhibition mediated through ionotropic, chloride-conducting receptors. Consequently, chloride homeostasis is ideally placed to regulate activity. We therefore investigated the stability of baseline [Cl-]i in adult mouse neocortex, using in vivo two-photon imaging. We found a two-fold increase in baseline [Cl-]i in layer 2/3 pyramidal neurons, from day to night, with marked effects upon both physiological cortical processing and seizure susceptibility. Importantly, the night-time activity can be converted to the day-time pattern by local inhibition of NKCC1, while inhibition of KCC2 converts day-time [Cl-]i towards night-time levels. Changes in the surface expression and phosphorylation of the cation-chloride cotransporters, NKCC1 and KCC2, matched these pharmacological effects. When we extended the dark period by 4 h, mice remained active, but [Cl-]i was modulated as for animals in normal light cycles. Our data thus demonstrate a daily [Cl-]i modulation with complex effects on cortical excitability.

L'attività della corteccia cerebrale è fortemente modulata dall'inibizione sinaptica mediata dai recettori ionotropici del neurotrasmettitore GABA, che sono recettori-canale permeabili allo ione cloruro. Di conseguenza, l'omeostasi dello ione cloruro potrebbe rappresentare un modo ideale per modulare al'attività neuronale. Perciò abbiamo investigato la stabilità della concentrazione intracellulare dello ione cloruro ([Cl-]i) utilizzando microscopia a due fotoni in vivo. Abbiamo rilevato un raddoppio della [Cl-]i, dal giorno alla notte, e abbiamo identificato mercati effetti sia sulla fisiologia corticale che sulla suscettibilità all'epilessia. La condizione notturna può essere ricondotta a quella diurna tramite inibizione locale del cotrasportatore NKCC1, mentre inibire KCC2 incrementa i livelli di  [Cl-]i diurni ai valori misurati di notte. Questi effetti farmacologici rispecchiano cambiamenti di espressione in membrana e fosforilazione di NKCC1 e KCC2. Estendendo il periodo di buio di 4 ore al mattino, i topi rimangono attivi, ma la [Cl-]i non sembra risentire di tale perturbazione. In conclusione, i nostri dati dimostrano una modulazione giornaliera della  [Cl-]i, con effetti complessi sull'eccitabilità corticale.