Valproic acid inhibits corticotropin-releasing factor synthesis and release from the rat hypothalamus in vitro: evidence for the involvement of GABAergic neurotransmission

Valproic acid inhibits corticotropin-releasing factor synthesis and release from the rat hypothalamus in vitro: evidence for the involvement of GABAergic neurotransmission

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J Psychiatry Neurosci 2004;29(6):459-66

Giuseppe Tringali, PhD; Jean Michel Aubry, MD; Katiuscia Moscianese, MD; Claudia Zamori, PhD; Mauro Vairano, PhD; Paolo Preziosi, MD; Pierluigi Navarra, MD; Giacomo Pozzoli, MD

Tringali, Zamori, Vairano, Preziosi, Navarra, Pozzoli — Institute of Pharmacology, Catholic University School of Medicine, Rome, Italy; Aubry — Department of Psychiatry, Hôpitaux Universitaires de Genève, Geneva, Switzerland; Moscianese — Department of Psychiatry, Azienda Sanitaria Locale Roma C, Rome, Italy.

Abstract

Objective: Corticotropin-releasing factor (CRF), the major adrenocorticotropic hormone (ACTH) secretagogue, acts within the brain to integrate the stress responses of the central nervous, endocrine and immune systems. The involvement of this peptide in the origin and pathophysiology of various endocrine, neurologic, inflammatory and psychiatric diseases, particularly affective disorders, has also been suggested. The antiepileptic drug valproic acid is frequently used as a mood-stabilizing agent in patients with bipolar disorders; however, its mechanism of action for the latter indication is still poorly characterized. We investigated whether valproic acid can directly modulate CRF production by using the incubation of rat hypothalamic explants as an in-vitro model. We then studied the involvement of the γ-aminobutyric acid (GABA) system as a putative mediator of the effects of valproic acid on CRF production.

Methods: Rat hypothalamic explants were incubated in a 24-well plate (2 hypothalami per well) at 37°C in a humidified atmosphere (5% CO2 and 95% O2) in incubation medium, 700 μL, then were treated with medium alone (control) or test substances, namely, valproic acid, KCI, bicuculline methiodide and muscimol. Released CRF was measured by radioimmunoassay. CRF mRNA was measured by RNase protection analysis.

Results: Incubation of the hypothalamic fragments with valproic acid, 100 μmol/L, resulted in a reduction of basal CRF secretion after 3 hours’ treatment. The drug was also able to inhibit KCl-stimulated CRF release. Moreover, valproic acid, 100 μmol/L, significantly decreased CRF mRNA levels after 3 hours. A specific GABAA receptor antagonist, bicuculline methiodide, completely reversed the inhibition of CRF gene expression and peptide release induced by valproic acid; in this paradigm, the GABAA-specific agonist muscimol inhibited both CRF gene expression and peptide release in a concentration-dependent manner.

Conclusions: These results suggest that valproic acid may exert part of its therapeutic effect as a moodstabilizing drug via the modulation of CRF secretion from the hypothalamus. This action may be mediated in part by the activation of GABAergic neurotransmission.

Résumé

Objectif : La corticolibérine, principal sécrétagogue de la corticotophine (ACTH), agit à l’intérieur du cerveau pour intégrer les réactions au stress des systèmes nerveux central, endocrinien et immunitaire. On a aussi indiqué que ce peptide pourrait avoir un effet sur l’origine et la pathophysiologie de diverses maladies endocriniennes, neurologiques, inflammatoires et psychiatriques, et en particulier les troubles affectifs. On utilise souvent l’acide valproïque, antiépileptique, comme agent thymorégulateur chez les patients qui ont des troubles bipolaires, mais son mécanisme d’action dans ce dernier cas demeure mal caractérisé. Nous avons cherché à déterminer si l’acide valproïque peut moduler directement la production de corticolibérine en utilisant l’incubation d’explants d’hypothalamus de rat comme modèle in vitro. Nous avons ensuite étudié le rôle du système de l’acide γ-aminobutyrique (GABA) comme médiateur hypothétique des effets de l’acide valproïque sur la production de corticolibérine.

Méthodes : On a incubé des explants d’hypothalamus de rat sur une plaque à 24 puits (2 hypothalamus par puits) à 37 °C dans une atmosphère humidifiée (5 % de CO2 et 95 % d’O2) dans un milieu d’incubation, 700 μL, et on les a traités ensuite avec du milieu seulement (témoin) ou des substances d’essai, soit l’acide valproïque, le KCl, la bicuculline methiodide et le muscimol. On a mesuré la corticolibérine produite par dosage radioimmunologique. On a mesuré l’ARNm de la corticolibérine par analyse de protection de la RNase.

Résultats : L’incubation des fragments d’hypothalamus dans 100 μmol/L d’acide valproïque a entraîné une baisse de la sécrétion basale de corticolibérine après trois heures de traitement. Le médicament a aussi pu inhiber la production de corticolibérine stimulée par le KCl. De plus, l’acide valproïque à 100 μmol/L a réduit considérablement les concentrations d’ARNm de corticolibérine après trois heures. La bicuculline methiodide, antagoniste spécifique des récepteurs de GABAA, a inversé complètement l’inhibition de l’expression génique de la corticolibérine et la production de peptide déclenchée par l’acide valproïque. Dans ce paradigme, l’agoniste spécifique de GABAA, le muscimol, a inhibé à la fois l’expression génique de la corticolibérine et la production de peptide en fonction de la concentration.

Conclusions : Ces résultats indiquent que l’acide valproïque peut exercer une partie de son effet thérapeutique comme médicament thymorégulateur en modulant la sécrétion de corticolibérine par l’hypothalamus. Cet effet peut être produit en partie par l’activation de la neurotransmission par le GABA.


Medical subject headings: corticotropin-releasing factor; gamma-aminobutyric acid; hypothalamus; models, animal; mood disorders; valproic acid.

Submitted Sept. 17, 2003; Revised Jan. 7, 2004; Accepted Jan. 13, 2004

Acknowledgements: We thank Professor Renato Bernardini for the donation of CRF antiserum, and we thank Dr. Wylie Vale for the donation of pBCRF plasmid. Supported by a grant “Fondi Ateneo 2001” from the Catholic University School of Medicine awarded to Dr. Pozzoli.

Competing interests: None declared.

Correspondence to: Dr. Pierluigi Navarra, Institute of Pharmacology, Catholic University School of Medicine, Largo Francesco Vito 1, 00168 Rome, Italy; fax 39 06233235103; pnavarra@rm.unicatt.it