leonard kass et al- presynaptic uptake blockade hypothesis for lsd action at the lateral inhibitory...

8/3/2019 Leonard Kass et al- Presynaptic Uptake Blockade Hypothesis for LSD Action at the Lateral Inhibitory Synapse in Lim

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P r e s y n a p t i c Up t a k e B l o c k a d eHy p o t h e s i s f o r L S D A c t i o n a t t h eL a t e r a l I n h i b i t o r y S y n a p s e i n L i mu l u sL E O N A R D K A S S , P E T E R H . HA RT L I N E , a n d A L A N R . A D O L P HF r o m t h e Ey e R e s e a r c h I n s t i t u t e o f Re t i n a F o u n d a t i o n , B o s t o n , Ma s s a c h u s e t t s 0 2 1 1 4

A B S T R A C T We i n v e s t i g a t e d t h e a c t i o n o f L S D a t t h e p u t a t i v e i n d o l e a m-i n e r g i c l a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e i n t h e l a t e r a l e y e o f L i mu l u s p o l y p h e mu s .We r e c o r d e d e x t r a c e l l u l a r a n d i n t r a c e l l u l a r v o l t a g e r e s p o n s e s f r o m e c c e n t r i cc e l l s w h i l e p r o d u c i n g i n h i b i t i o n e i t h e r b y l i g h t o r b y a n t i d r o mi c s t i mu l a t i o no f t h e o p t i c n e r v e i n t h e p r e s e n c e o f L SD , s e r o t o n i n ( 5 - H T ) , c h l o r i mi p r a -mi n e , o r a b a t h i n g me d i u m w h o s e h i g h Mg ` a n d l o w C a " c o n c e n t r a t i o n sp a r t i a l l y o r c o mp l e t e l y b l o c k e d s y n a p t i c t r a n s mi s s i o n . We f o u n d ( a ) l i g h t -e v o k e d a n d a n t i d r o mi c a l l y s t i mu l a t e d l a t e r a l i n h i b i t i o n i s e n h a n c e d d u r i n gs u p e r f u s i o n o f l o w ( 1 - 5 AM) c o n c e n t r a t i o n s o f L S D a n d s u p p r e s s e d b yh i g h e r ( 5 - 2 0 AM) c o n c e n t r a t i o n s ; ( b ) t h e s e a c t i o n s o f L S D a r e ma r k e d l yr e d u c e d b y b a t h i n g t h e r e t i n a i n a me d i u m h i g h i n Mg ` a n d l o w i n C a " ;( c ) v e r y l o w c o n c e n t r a t i o n s o f c h l o r i mi p r a mi n e , a p u t a t i v e u p t a k e b l o c k e ro f s e r o t o n i n , a p p e a r t o mi mi c a c t i o n s o f L S D b o t h o n e c c e n t r i c c e l l f i r i n gr a t e a n d o n l a t e r a l i n h i b i t i o n ; ( d ) s u p e r f u s e d 5 - HT d e p r e s s e s l a t e r a l i n h i b i -t i o n a t a l l s u p e r t h r e s h o l d c o n c e n t r a t i o n s ( 0 . 1 - 2 5 AM) . T h e s e r e s u l t s s u g g e s tt h a t L S D ' s a c t i o n ma y r e q u i r e a n i n t a c t i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e r r e l e a s e a n dp o s t s y n a p t i c r e s p o n s e me c h a n i s m, w h e r e a s s e r o t o n i n e x e r t s a d i r e c t p o s t s y n -a p t i c e f f e c t . We p r o p o s e t h a t L S D b l o c k s p r e s y n a p t i c u p t a k e o f t r a n s mi t t e ra t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e . T h e c o n c e n t r a t i o n d e p e n d e n c e o f L S D ' sa c t i o n c a n b e a c c o u n t e d f o r a s f o l l o w s : l o w c o n c e n t r a t i o n s p a r t i a l l y r e s t r i c tt r a n s mi t t e r r e u p t a k e , t h e r e b y p r o l o n g i n g t h e l i f e t i me o f t h e t r a n s mi t t e r i nt h e s y n a p t i c c l e f t a n d t h u s i n c r e a s i n g t h e ma g n i t u d e a n d d u r a t i o n o fp o s t s y n a p t i c i n h i b i t i o n . H i g h e r c o n c e n t r a t i o n s c a u s e mo r e p r e s y n a p t i c u p -t a k e s i t e s t o b e b l o c k e d ; t h i s c a u s e s a c c u mu l a t i o n o f t r a n s mi t t e r i n t h es y n a p t i c c l e f t , w h i c h c a u s e s a f u n c t i o n a l b l o c k a d e o f t h e s y n a p s e b e c a u s e o fp o s t s y n a p t i c d e s e n s i t i z a t i o n . As a n a l t e r n a t i v e , we p r o p o s e a h y p o t h e s i sb a s e d o n L S D a c t i o n a t p r e s y n a p t i c a u t o r e c e p t o r s . S i mi l a r h y p o t h e s e s c a na c c o u n t f o r man y a s p e c t s o f L SD' s a c t i o n i n ma mma l i a n b r a i n .I NT RODUCT I ON

S t u d i e s o f t h e c o m p o u n d l a t e r a l e y e o f t h e h o r s e s h o e c r a b , L i mu l u sp o l y p h e mu s , h a v e y i e l d e d m a n y b a s i c p r i n c i p l e s o f v i s u a l p h y s i o l o g y a n dA d d r e s s r e p r i n t r e q u e s t s t o Dr . L e o n a r d K a s s , E a s t e r n V i r g i n i a Me d i c a l S c h o o l , Mi c r o -s u r g i c a l R e s e a r c h C e n t e r , P . O . Bo x 1 9 8 0 , N o r f o l k , V A 2 3 5 0 1 .J . G E N . P H YS I OL . T h e Ro c k e f e l l e r Un i v e r s i t y P r e s s - 0 0 2 2 - 1 2 9 5 / 8 3 / 0 8 / 0 2 4 5 / 2 3 $ 1 . 0 0 2 4 5V o l u me 8 2 A u g u s t 1 9 8 3 2 4 5 - 2 6 7

Published August 1, 1983


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2 4 6 T H E J O UR NA L OF G E N E R A L P H Y S I O L OG Y " V O L UM E 8 2 - 1 9 8 3n e u r a l i n t e g r a t i v e a c t i o n ( R a t l i f f a n d H a r t l i n e , 1 9 7 4 ) . Be h i n d e a c h o f t h i se y e ' s f a c e t s l i e s a n o mma t i d i u m c o n t a i n i n g a b o u t a d o z e n r e c e p t o r c e l l se l e c t r i c a l l y c o u p l e d t o a s p i k e - g e n e r a t i n g e c c e n t r i c c e l l . E c c e n t r i c c e l l s o fn e i g h b o r i n g o mma t i d i a f o r m i n h i b i t o r y s y n a p s e s w i t h e a c h o t h e r . S e r o -t o n i n ( 5 - h y d r o x y t r y p t a mi n e [ 5 - H T ] ) i s t h e f a v o r e d c a n d i d a t e f o r t h el a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e r . 5 - H T d e p r e s s e s t h e e c c e n t r i c c e l l f i r i n g r a t ew h e n i t i s a d mi n i s t e r e d v i a s u p e r f u s i o n ( B e h r e n s a n d Wu l f f , 1 9 7 0 ; A d o l p ha n d T u a n , 1 9 7 2 ) o r i o n t o p h o r e s i s ( A d o l p h , 1 9 7 6 ; A d o l p h a n d K a s s ,1 9 7 9 ) . T h i s 5 - H T i n h i b i t i o n i s s p e c i f i c f o r t h e s t r u c t u r e o f 5 - H T ; a n ymo d i f i c a t i o n o f t h e h y d r o x y l g r o u p i n t h e 5 p o s i t i o n o f t h e i n d o l e n u c l e u so r o f n e a r b y s t r u c t u r e s r e d u c e s i t s e f f e c t i v e n e s s ( A d o l p h a n d K a s s , 1 9 7 9 ) .T h e r e i s s o m e n e u r o c h e mi c a l a n d h i s t o c h e mi c a l e v i d e n c e f o r t h e p r e s e n c eo f a n i n d o l e a mi n e i n t h e L i mu l u s r e t i n a ( A d o l p h a n d T u a n , 1 9 7 2 ; A d o l p ha n d E h i n g e r , 1 9 7 5 ) , a l t h o u g h B a t t e l l e ( 1 9 8 0 ) wa s u n a b l e t o f i n d e v i d e n c ef o r 5 - H T s y n t h e s i s .Wh i l e e x p l o r i n g t h e p o s s i b l e r o l e o f 5 - H T a s t h e l a t e r a l i n h i b i t o r yt r a n s mi t t e r i n L i mu l u s , A d o l p h ( 1 9 7 6 ) u s e d h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f d -l y s e r g i c a c i d d i e t h y l a mi d e ( L S D) t o s u p p r e s s b o t h l i g h t - e v o k e d a n d 5 - HT -i n d u c e d i n h i b i t i o n . T h e a c t i o n o f L S D a t a p u t a t i v e 5 - H T s y n a p s ea p p e a r e d t o s u p p o r t t h e h y p o t h e s i s t h a t L S D b l o c k s t h e p o s t s y n a p t i cr e c e p t o r t o t h e 5 - H T t r a n s mi t t e r , a s i s p r e s u me d t o o c c u r i n t h e mam -ma l i a n b r a i n ( A g h a j a n i a n , 1 9 7 2 ) . Ho we v e r , t h e s t r u c t u r e o f t h e L S Dmo l e c u l e i s i n a p p r o p r i a t e f o r t h e s t r u c t u r a l s p e c i f i c i t y i n f e r r e d f o r t h ep o s t s y n a p t i c r e c e p t o r i n L i mu l u s ( A d o l p h a n d K a s s , 1 9 7 9 ) . T h e p r e s y n -a p t i c u p t a k e me c h a n i s m ( A d o l p h a n d E h i n g e r , 1 9 7 5 ) i s l e s s s p e c i f i c t h a nt h e p o s t s y n a p t i c i n h i b i t o r y me c h a n i s m, a n d t h u s ma y a l l o w t h e u p t a k er e c e p t o r t o a c c o mmo d a t e t h e L S D mo l e c u l e ( A d o l p h a n d K a s s , 1 9 7 9 ) .On t h e b a s i s o f t h e s e l a s t t wo f i n d i n g s , A d o l p h a n d K a s s s u g g e s t e d t h a ti n L i mu l u s , L S D ma y s u p p r e s s b o t h l i g h t - e v o k e d a n d 5 - HT - i n d u c e di n h i b i t i o n b y b l o c k i n g p r e s y n a p t i c u p t a k e o f t h e t r a n s mi t t e r . T h i s b l o c k -a d e mi g h t c a u s e t h e a c c u m u l a t i o n o f t r a n s mi t t e r i n t h e s y n a p t i c c l e f t ,l e a d i n g t o d e p r e s s i o n o f t h e f i r i n g r a t e o f e c c e n t r i c c e l l s a n d d e s e n s i t i z a -t i o n o f t h e p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r t o f u r t h e r s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d i n h i b i t o r yt r a n s mi t t e r ( K a s s e t a l . , 1 9 7 9 , 1 9 8 0 ; K a s s , 1 9 8 1 ) . I n t h i s s t u d y we p r o v i d ea d d i t i o n a l e x p e r i me n t s w h o s e r e s u l t s s u p p o r t a h y p o t h e s i s f o r L S D a c t i o ni n L i mu l u s l a t e r a l e y e b a s e d o n a p r e s y n a p t i c me c h a n i s m . Ca u t i o n m u s tb e u s e d i n e x t e n d i n g , t o a v e r t e b r a t e , i n t e r p r e t a t i o n s o f f i n d i n g s o b t a i n e di n a n i n v e r t e b r a t e ; h o we v e r , i t a p p e a r s t h a t a s i m i l a r p r e s y n a p t i c m e c h a -n i s m c o u l d a c c o u n t f o r s e v e r a l o f t h e a c t i o n s o f L S D t h a t h a v e b e e nr e p o r t e d f o r ma mma l i a n b r a i n ( K a s s , 1 9 8 1 ) .

MA T E R I A L S A N D M E T H O D SA n i ma l s a n d P r e p a r a t i o n

A d u l t L i mu l u s p o l y p h e mu s w e r e ma i n t a i n e d i n a n a r t i f i c i a l s e a w a t e r ( A SW) a q u a r -i u m k e p t a t 1 8 C w i t h a p H o f 7 - 8 ; t h e y w e r e f e d p e r i o d i c a l l y . A l a t e r a l e y e w a s



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KASS ET At . P r e s y n a p t i c L SD A c t i o n i n L i mu l u s 2 4 7e x c i s e d a l o n g w i t h - 5 c m o f o p t i c n e r v e Th e s u p e r i o r e d g e o f t h e e y e j u s ta b o v e t h e o p t i c n e r v e wa s s l i c e d w i t h a r a z o r b l a d e . Th e s l i c e d e y e wa s s e a l e di n t o t h e t wo - c o mp a r t me n t p e r f u s i o n c h a m b e r w i t h p et r o l eu m j e l l y , s o t h a t t h ee y e f o r me d t h e f r o n t o f t h e f r o n t c o mp a r t me n t A f t e r t h e r e c o r d i n g c h a m b e rwa s p l a c e d i n a l i g h t - p r o o f a n d e l e c t r i c a l l y s h i e l d e d r e c o r d i n g c a g e , t h e o p t i cn e r v e wa s p u l l e d t h r o u g h t h e 1 - mm h o l e t h a t s e p a r a t e d t h e f r o n t f r o m t h e b a c kc h a m b e r On e o r t wo s m a l l p i e c e s o f c o t t o n we r e c a r e f u l l y we d g e d b e t we e n t h eh o l e a n d t h e o p t i c n e r v e t o e l i m i n a t e f l o w b e t we e n t h e t wo c h amb e r s . No mi x i n gb et wee n c h amb e r s wa s o b s er v e d whe n a d y e wa s p l a c e d i n e i t h e r t h e f r o n t o rt h e b a c k c h a m b e r a n d a l l o we d t o s t a n d o v e r n i g h t ( N = f i v e e x p e r i m e n t s )

O p t i c a l Ar r a n g e me n tA s m a l l ( 7 6 Am) a n d a l a r g e ( 1 . 5 mm) l i g h t s p o t we r e t r a n s m i t t e d d i r e c t l y t o t h ec o r n e a l s u r f a c e o f t h e e y e b y a s t e e l - c l a d i n d i v i d u a l g l a s s f i b e r a n d a l i g h t - p i p e( Ame r i c a n O p t i c a l Co r p . , B e d f o r d , MA) , r e s p e c t i v e l y Ba r l o w ( 1 9 6 9 ) s h o w e dt h a t p r o p er p o s i t i o n i n g o f t h e 7 6 - Am g l a s s f i b e r c o u l d e f f e c t i v e l y ( o p t i c a l l y )i s o l a t e a s i n g l e o mma t i d i u m a n d e c c e n t r i c c e l l . Th e s o u r c e s o f l i g h t we r e g l o wmo d u l a t o r s ( R1 13 1 C Sy l v a n i a / GTE, Wa r r e n , P A ) , wh i c h c o u l d b e c o n t r o l l e dma n u a l l y o r b y a c omp u t e r , a n d w h o s e me a n l i g h t i n t e n s i t y wa s c o n t r o l l e d b yd u t y - c y c l e mo du l a t i o n o f a 1 - k Hz t r a i n o f l i g h t p u l s e s ( c i r c u i t d e s i g n e d b y T . G .Ut e r ; p r o d u c ed b y S o l t r o n i c s , I n c . , S o l a n a B e a c h , CA) N e u t r a l d e n s i t y f i l t e r s( Ea s t ma n K o d a k Co . , R o c h e s t e r , NY) we r e u s e d t o a t t e n u a t e t h e beams

E l e c t r o p h y s i o l o g i c a l S t i m u l a t i o n a n d Re c o r d i n gTh e e y e c o u l d a l s o b e s t i m u l a t e d b y ( a ) i n t r a c e l l u l a r i n j e c t i o n o f c u r r e n t , ( b )e x t r a c e l l u l a r i o n t o p h o r e s i s o f d r u g s , ( c ) s e n d i n g a n t i d r o mi c i m p u l s e s t o t h e r e t i n ab y s h o c k i n g t h e o p t i c n e r v e , o r ( d ) p e r f u s i n g mo d i f i e d s o l u t i o n s o f ASW n t o t h ec h a m b e r Th e i n t r a c e l l u l a r m i c r o p i p e t t e e l e c t r o d e wa s o me g a - d o t g l a s s f i l l e dw i t h 3 M K 2 SO 4 o r KCI Th e i o n t o p h o r e t i c m i c r o p i p e t t e e l e c t r o d e wa s omeg a -d o t g l a s s f i l l e d w i t h a n e a r l y s a t u r a t e d s o l u t i o n o f t h e d r u g d i s s o l v e d i n d i s t i l l e dwa t e r Th e o p t i c n e r v e - s t i m u l a t i n g e l e c t r o d e s we r e t h i n p l a t i n u m - i r i d i u m w i r eh o o k s c o n n e c t e d t o a s t i m u l u s i s o l a t i o n u n i t Sh o c k i n g p u l s e s we r e 0 . 1 - 1 ms l o n ga n d t h e v o l t a g e a mp l i t u d e s we r e s e t t o t h e l e v e l t h a t g a v e t h e ma x i mu m s i z e o fa n t i d r o m i c c o m p o u n d a c t i o n p o t e n t i a l S u c h s t i m u l a t i o n c a u s e s r e t r o g r a d e p r o p -a g a t i o n o f a n a c t i o n p o t e n t i a l t o t h e e y e Th e r e t h e i m p u l s e s i n v a d e c o l l a t e r a l so f t h e l a t e r a l p l e x u s a n d c a u s e i n h i b i t i o n , wh i c h i s a s s u m e d t o h a v e t h e s am es y n a p t i c o r i g i n a s l i g h t - e v o k e d i n h i b i t i o n ( P u r p l e a n d Do d g e, 1 9 6 5 ) Th e p e r f u -s i o n s y s t e m c o n s i s t e d o f a d o u b l e p e r i s t a l t i c p u m p , wh i c h f e d i n t h e p e r f u s i o nf l u i d a t t h e s ame r a t e i t wa s wi t h d r a wn T h i s ma i n t a i n e d t h e m e n i s c u s c o v e r i n gt h e e y e s l i c e a t a c o n s t a n t h e i g h t a n d a d d e d t o t h e r e c o r d i n g s t a b i l i t yWe r e c o r d e d f r o m s i n g l e i s o l a t e d e c c e n t r i c c e l l s n e a r t h e t o p e d g e o f t h e e y es l i c e w i t h a n i n t r a c e l l u l a r m i c r o p i p e t t e e l e c t r o d e o r f r o m a n o p t i c n e r v e f i b e rw i t h a n e x t r a c e l l u l a r s u c t i o n e l e c t r o d e , u s i n g c o n v e n t i o n a l a mp l i f i c a t i o n Th ei n t r a c e l l u l a r e l e c t r o d e h a d 10 - 8 0 MU r e s i s t a n c e t h e s u c t i o n e l e c t r o d e wa s ab r o k en m i c r o p i p e t t e f i l l e d w i t h ASW

Ba t h i n g S o l u t i o n s a n d P ha r ma c o l o g yTh e ASW s u p e r f u s e d i n t o t h e c h a m b e r wa s p r e pa r e d f r o m t h e f o l l o wi n g c om -p o n e n t r e a g e n t s 4 8 0 mMNa Cl , 1 0 mMKCI , 1 0 mMCaC1 2 , 3 0 mMMgS0 4 2 0MMMg Cl 2 , 1 0 mMHEPES A l l d r u g s we r e a d d e d d i r e c t l y t o n o r ma l ASW



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2 4 8 T H E J O U R N A L OF G E N E R A L P H Y SI O L OG Y " V O L U M E 8 2 " 1 9 8 3e x c e p t i n t h e p r e p a r a t i o n o f h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f L S D . F o r c o n c e n t r a t i o n so f L S D > 5 AM, a n e q u i v a l e n t a m o u n t o f w a t e r w a s e v a p o r a t e d f r o m n o r ma lA S W e q u a l t o t h e v o l u me o f 1 1 2 A M L S D a d d e d . T h e p H o f a l l s o l u t i o n s wa sa d j u s t e d t o 7 . 5 ( p K o f HEPES ) . T h e e x p e r i me n t s w e r e c o n d u c t e d a t r o o mt e m p e r a t u r e .A l l d r u g s w e r e o b t a i n e d f r o m S i g ma Ch e mi c a l Co . , S t . L o u i s , MO , e x c e p t f o rL SD , w h i c h w a s o b t a i n e d f r o m t h e U . S . F o o d a n d Dr u g A d mi n i s t r a t i o n / D r u gE n f o r c e me n t A g e n c y ( DE A) . No d i f f e r e n c e s i n a c t i o n s w e r e o b s e r v e d b e t w e e nd r u g s f r e s h l y p r e p a r e d d u r i n g a n e x p e r i me n t a n d t h o s e k e p t f r o z e n a n d t h a w e dw h e n n e e d e d . 5 - H T , wh o s e p o t e n c y n o t i c e a b l y d e c r e a s e d a f t e r s e v e r a l w e e k s i na r e f r i g e r a t e d c o n t a i n e r , w a s t h e l e a s t s t a b l e o f t h e d r u g s u s e d .

R E S U L T SL S D a n d 5 - H T De p r e s s t h e F i r i n g R a t e s o f Op t i c a l l y I s o l a t e d E c c e n t r i cC e l l s

B o t h L S D a n d 5 - HT c a u s e a d e c r e a s e i n t h e f i r i n g r a t e s o f o p t i c a l l yi s o l a t e d e c c e n t r i c c e l l s . F i g . 1 s h o w s d a t a f r o m e c c e n t r i c c e l l s t h a t we r es p i k i n g a t s t e a d y s t a t e r a t e s u n d e r c o n s t a n t i l l u mi n a t i o n . Wh e n L S D o r5 - H T we r e a d d e d t o t h e p e r f u s i o n me d i u m, t h e s p i k i n g r a t e s we r es u b s t a n t i a l l y r e d u c e d . We t e r m t h e s e p h e n o m e n a " L S D i n h i b i t i o n " a n d" 5 - H T i n h i b i t i o n . " M o s t e c c e n t r i c c e l l s r e q u i r e 4 mi n o f A S W s u p e r f u s i o nt o r e c o v e r c o mp l e t e l y f r o m t h e e f f e c t o f 5 - H T ( N = 1 0 ; s e e F i g s . 1 a n d3 ) . Co mp l e t e r e c o v e r y f r o m L S D r e q u i r e s a l o n g e r t i me ; t h e c o n t r o ls p i k i n g r a t e ma y n o t b e f u l l y r e c o v e r e d e v e n a f t e r 3 0 mi n o f A S Ws u p e r f u s i o n ( N = 6 ; s e e F i g . 4 ) .S e v e r a l l i n e s o f e v i d e n c e i n d i c a t e t h a t t h e i n h i b i t i o n i s n o t c a u s e d b yr e d u c i n g t h e l i g h t r e s p o n s e o f t h e c e l l . 5 - HT - a n d L SD- i n d u c e d i n h i b i t i o nc o u l d b e e v o k e d i n t h e d a r k , i f e c c e n t r i c c e l l s we r e d e p o l a r i z e d a n d f i r i n gs t e a d i l y b e c a u s e o f i n j u r y o r c u r r e n t i n j e c t i o n . F u r t h e r mo r e , t h e l i g h t - t o -s p i k e t r a n s f e r f u n c t i o n s o f s i n g l e e c c e n t r i c c e l l s , me a s u r e d d u r i n g as i n u s o i d a l l y mo d u l a t e d s t i mu l u s , d o n o t c h a n g e t h e i r a mp l i t u d e o r s h a p ei n t h e p r e s e n c e o f L S D ( K a s s , 1 9 8 1 ; t o b e r e p o r t e d f u l l y i n a s u b s e q u e n tp a p e r ) o r 5 - HT , wh i c h s u g g e s t s t h a t t h e d r u g s d o n o t a f f e c t t h e l i g h t -t r a n s d u c i n g o r s p i k e - e n c o d i n g me c h a n i s ms .

L o s s o f L S D I n h i b i t i o n W h e n T r a n s mi t t e r R e l e a s e I s P r e v e n t e dT h e i n h i b i t i o n o f s t e a d y s t a t e f i r i n g b y L S D i s ma r k e d l y r e d u c e d w h e nt h e d r u g i s a d d e d t o a b a t h i n g me d i u m h i g h ( 6 0 mM) i n Mg ` a n d l o w( 0 . 1 mM) i n C a " ( h i g h Mg + + / l o w C a " A SW) , c o n d i t i o n s t h a t a r ea s s u m e d t o p r e v e n t o r r e d u c e t r a n s mi t t e r r e l e a s e a n d wh i c h we r e v e r i f i e di n m o s t c a s e s t o d r a s t i c a l l y r e d u c e n o r ma l s y n a p t i c i n h i b i t i o n ; 5 - H Ti n h i b i t i o n i s n o t d i mi n i s h e d u n d e r t h e s e s a m e c o n d i t i o n s . F i g . 2 A s h o w si n t r a c e l l u l a r r e c o r d i n g s f r o m a n e c c e n t r i c c e l l w h o s e s p i k i n g wa s i n h i b i t e db y a n t i d r o mi c s t i mu l a t i o n o f t h e o p t i c n e r v e . No t e t h a t t h e i n h i b i t i o n wa sa b o l i s h e d a f t e r t h e e y e s l i c e wa s b a t h e d i n h i g h Mg " / l o w C a " A S W f o r1 0 mi n . B e f o r e , d u r i n g , a n d a f t e r m o s t s u p e r f u s i o n s , we mo n i t o r e d l a t e r a l



5/23

KASS ET AL . P r e s y n a p t i c L SD A c t i o n i n L i m u l u s

6i~5

4L L 3~ 2

c I ~ 1

A1 NM 5 - HT ASW

Of f8

0 2 4 6 8 1 0T i m e ( m i n )

i 2 4 4 0 5 6 7 2 8 8 1 0 4 1 2 0T i m e ( m i n )

2 4 9

FI GURE 1 . 5- HT a n d L S D e f f e c t s o n e c c e n t r i c c e l l s p i k e f r e q u e n c y . ( A ) 1AM5- HT s u p e r f u s e d o v e r t h e r e t i n a l s l i c e c a u s e s a d e c r e a s e o f t h e o n g o i n gs p i k e f r e q u e n c y ( e v o k e d b y c o n s t a n t i l l u m i n a t i o n ) . T h i s d e p r e s s i o n o ff r e q u e n c y r e v e r s e s w i t h i n a f e w m i n u t e s a f t e r a n a r t i f i c i a l s e a w a t e r ( ASW)w a s h . N o t e t h e s u b s t a n t i a l d e g r e e o f " d e s e n s i t i z a t i o n " t o 5- HT t h a t o c c u r r e db e f o r e t h e ASWw a s h . ( B ) 6 AM L SD s u p e r f u s e d o v e r t h e r e t i n a l s l i c e c a u s e sa d e c r e a s e o f t h e e x t r a c e l l u l a r s p i k e f r e q u e n c y ( c o n s t a n t i l l u mi n a t i o n ) . T h i sd e p r e s s i o n o f f r e q u e n c y r e v e r s e s a f t e r m a n y m i n u t e s a n d s e v e r a l ASWw a s h e s . F u l l r e c o v e r y i s n o t s h o w n h e r e . ( S i m p l i f i e d f r o m A d o l p h a n d K a s s ,1 9 7 9 . )



6/23

2 5 0 T H E J O U R N A L OF G E N E R A L P H Y S I OL O GY - VO L UM E 8 2 - 1 9 8 3A a n t i d r o mi c s p i k e sI n h i b i t i o n

t q l m ul ~ ~ ~ I I ~ il i ~ l l ! ~ I ~I d ~ l l !n o r ma l ASW

h i M- / l o Ca

n o r ma l ASWI I I

B : D : A3 3 : 2 6 : 3 4

3 3 : 3 2 : 3 3

F I GU RE 2 . L o s s o f a n t i d r o mi c i n h i b i t i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h Mg " /t o w C a " A S W . ( A ) T h e o p t i c n e r v e w a s s t i mu l a t e d a t 2 5 i mp u l s e s / s f o r 1 0s ( i n d i c a t e d b y b a r ) , e v o k i n g a d e c r e m e n t i n t h e o n g o i n g s p i k e a c t i v i t y ( t o pt r a c e ) . 1 0 mi n a f t e r t h e n o r m a l A S W wa s r e p l a c e d b y h i g h Mg " / l o w C a "ASW, t h e i n h i b i t i o n w a s ma r k e d l y r e d u c e d ( m i d d l e t r a c e ) . 1 0 mi n a f t e rn o r ma l A S W w a s r e s t o r e d , i n h i b i t i o n r e a p p e a r e d ( l o we r t r a c e ) . T h e n um -b e r o f s p i k e s p e r 1 0 s b e f o r e ( B ) , d u r i n g ( D ) , a n d a f t e r ( A ) a n t i d r o mi ci n h i b i t i o n a r e i n d i c a t e d t o t h e r i g h t ( B : D : A ) . E x p e r i me n t 1 8 F 8 0 . ( B ) S c h e -ma t i c d i a g r a m o f l a t e r a l s y n a p t i c c o n n e c t i o n s i n t h e L i mu l u s r e t i n a , i l l u s -t r a t i n g s t i mu l u s a n d r e c o r d i n g s e t u p . U n d e r c o n s t a n t i l l u mi n a t i o n ( L , ) , as u c t i o n e l e c t r o d e ( Y . ) r e c o r d s o p t i c n e r v e i mp u l s e s f r o m a s i n g l e e c c e n t r i cc e l l n e a r t h e s u r f a c e . L a t e r a l i n h i b i t i o n i s e v o k e d b y i l l u mi n a t i o n ( L i ) o fn e i g h b o r i n g g r o u p o f - 5 0 o mma t i d i a , o r b y s t i mu l a t i n g t h e o p t i c n e r v e( ON S) . T h e c o m p o u n d a n t i d r o m i c a c t i o n p o t e n t i a l w a s mo n i t o r e d b y as e c o n d s u c t i o n e l e c t r o d e ( M) .i n h i b i t i o n e v o k e d b y ( a ) i l l u mi n a t i o n o f f a c e t s n e i g h b o r i n g t h e o n e wh o s ee c c e n t r i c c e l l a c t i v i t y i s r e c o r d e d , a n d ( b ) a n t i d r o mi c s t i mu l a t i o n o f a l a r g eb u n d l e o f o p t i c n e r v e f i b e r s ( e x c l u d i n g t h e r e c o r d e d f i b e r ) . F i g . 2 B d e p i c t st h e o p t i c a l a n d e l e c t r i c a l a r r a n g e me n t u s e d f o r b o t h o f t h e e x p e r i me n t a l



7/23

K A S S ET A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 5 1m e t h o d s f o r o b t a i n i n g l a t e r a l i n h i b i t i o n . L a t e r a l i n h i b i t i o n l a r g e l y d i s a p -p e a r s w i t h i n 1 0 m i n a f t e r n o r ma l A SW i s r e p l a c e d b y h i g h M g " / l o wCa " A SW ( N = 6 ) . S i mi l a r l y , i t t o o k - 1 0 mi n i n t h e e x p e r i me n t o f F i g .2 A f o r l a t e r a l i n h i b i t i o n t o r e t u r n a f t e r t h e c h a m b e r w a s a g a i n f i l l e d w i t hn o r ma l A SW ( N = 4 ) . I n a l l e x p e r i me n t s ( N = 1 2 ) , w e a l l o we d a t l e a s t 2 0m i n t o e l a p s e a f t e r h i g h M g " / l o w Ca " ASW s u b s t i t u t i o n b e f o r e t e s t i n gt h e e f f e c t s o f L SD o r 5 - H T s u p e r f u s i o n .

T h e 5 - H T - i n d u c e d i n h i b i t i o n o f e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g i s l a r g e l y u n -c h a n g e d i n t h e p r e s e n c e o f h i g h M g " / l o w Ca " A SW ( N = 2 ) , a s i s s h o w ni n F i g . 3 . T h i s r e s u l t i s e x p e c t e d i f 5 - H T i s t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s -

5 - H T W A S H E Sn o r ma lASW 1 l 1

h l mg / 1 0 CaA S W 1 5 8F I GU RE 3 . 5 - HT - i n d u c e d i n h i b i t i o n o f e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g i n h i g hM g " / l o w C a " ASW T h e o u t p u t o f t h e s p i k e d i s c r i mi n a t o r ( b o t t o m t r a c eo f e a c h p a i r ) wa s s e n t t o a f r e q u e n c y - t o - v o l t a g e c o n v e r t e r w h o s e o u t p u t i ss h o w n i n t o p t r a c e ; c a l i b r a t i o n b a r s i n d i c a t e a c o n s t a n t 8 s p i k e / s f i r i n gf r e q u e n c y . T o p p a i r o f r e c o r d s : i n n o r ma l ASW ( c o n t r o l ) , 5 A M 5 - H Ts u p e r f u s i o n ( a r r o w) c a u s e s t h e f o l l o wi n g d e p r e s s i o n o f e c c e n t r i c c e l l f i r i n gr a t e . T h e e y e s l i c e wa s r i n s e d t h r e e t i me s ( o p e n a r r o ws ) w i t h ASW h i g h i nM g + + a n d l o w i n C a + ' . B o t t o m r e c o r d : a f t e r 2 0 mi n o f 5 A M 5 - H Ts u p e r f u s i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h M g + + / l o w C a ' ASW T h e ma g n i t u d ea n d r e v e r s i b i l i t y o f 5 - H T i n h i b i t i o n i n h i g h M g + + / l o w C a + + ASW we r es i m i l a r t o t h e c o n t r o l s . T h i s i n d i c a t e s t h a t 5 - H T d o e s n o t r e q u i r e n o r ma ls y n a p t i c r e l e a s e me c h a n i s m t o b e f u n c t i o n i n g ; t h u s , i t s a c t i o n i s p r o b a b l ye x e r t e d d i r e c t l y o n p o s t s y n a p t i c s i t e s . E x p e r i me n t 2 5 A 8 0 .

mi t t e r a n d o n l y e x e r t s d i r e c t a c t i o n o n t h e p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r . I f L SDo n l y a c t s p p o s t s y n a p t i c a l l y , t h e n i t s e f f e c t a l s o s h o u l d n o t b e d i mi n i s h e d i nh i g h Mg + / l o w C a + + A SW . H o w e v e r , L S D i n h i b i t i o n i s ma r k e d l y r e d u c e df i n d e r t h e s e c o n d i t i o n s , a s i s s h o w n i n F i g . 4 A ( N = 2 ) . A f t e r s u p e r f u s i o no f a b a t h i n g m e d i u m h i g h i n M g + + a n d l o w i n Ca + + , t h e r e w a s n od e p r e s s i o n o f f i r i n g w h e n L SD w a s a p p l i e d . B u t i n c o n t r o l s ( n o r ma l A S W )b e f o r e a n d a f t e r h i g h Mg + + / l o w C a , t h e e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g r a t e w a sd e p r e s s e d b y 2 0 A M L SD .

S u b s e q u e n t L SD s u p e r f u s i o n s g e n e r a l l y d e p r e s s e c c e n t r i c c e l l s p i k i n gr a t e l e s s t h a n t h e o r i g i n a l a p p l i c a t i o n . T h i s i s i n d i c a t e d i n F i g . 4 A b y t h ef a i l u r e o f t h e t h i r d L SD a p p l i c a t i o n ( i n n o r ma l ASW c o n t r o l ) t o d e p r e s s



8/23

2 5 2 T H E J O U R N A L OF G E N E R A L P H Y SI O L OG Y - V O L U M E 8 2 - 1 9 8 3t h e s p i k i n g r a t e a s m u c h a s t h e i n i t i a l ( c o n t r o l ) a p p l i c a t i o n . T h e d i f f i c u l t yi n r e s t o r i n g c o n t r o l c o n d i t i o n s b y w a s h e s a f t e r L S D a p p l i c a t i o n s n e c e s s i -t a t e d u s i n g a mo d i f i e d p r o c e d u r e ( F i g . 4 B ) t o v e r i f y t h e e x p e r i me n t a lr e s u l t a b o v e . I n t h i s e x p e r i me n t a n d o t h e r s l i k e i t ( N = 8 ) , we a p p l i e d 2 0A M L S D o n l y a f t e r t h e e y e h a d b e e n b a t h e d i n h i g h Mg " / l o w C a " A S Wf o r a t l e a s t 3 0 mi n . T h i s w a s d o n e t o ma x i mi z e t h e p o t e n t i a l f o r d i r e c tL S D a c t i o n u p o n p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r . A s s h o w n i n F i g . 4 B , L S Di n h i b i t i o n wa s a b s e n t . S o o n a f t e r L S D s u p e r f u s i o n , 5 - HT w a s a p p l i e d t ot e s t w h e t h e r t h e p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r wa s a c c e s s i b l e t o t h e s u p e r f u s a t e .T h e c o n s e q u e n t 5 - HT i n h i b i t i o n o f F i g . 4 B d e mo n s t r a t e s t h a t t h e r e c e p t o rwa s a c c e s s i b l e t o t h e s u p e r f u s a t e , a n d h e n c e t o t h e p r i o r a p p l i c a t i o n o fL S D .On e - t h i r d o f t h e l a t t e r e x p e r i me n t s s h o w e d l i t t l e i f a n y i n h i b i t i o n f r o mL S D s u p e r f u s i o n , b u t d i d s h o w s t r o n g 5 - HT i n h i b i t i o n i n t h e p r e s e n c e o fh i g h Mg " / l o w C a " A S W . An o t h e r t h i r d o f t h e e x p e r i me n t s s h o w e d a nL S D - i n d u c e d i n h i b i t i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h Mg " / l o w Ca " A S Wt h a t w a s ma r k e d l y s ma l l e r t h a n t h e L S D - i n d u c e d i n h i b i t i o n t y p i c a l l y s e e n

A Ao nWa l8 . 0 b C a + + L S D. . n o r m a lA SW L S D SW

> % i 1 - 1 V4 . 0

a 2 0O i

2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0T i m e ( mi n )

I n h i g h Mg + + / b w Ca+ + A S W1 2 3 4 5 6 7T i me ( m i n )



9/23

K A S S E T A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 5 3w i t h a n o r ma l ASW b a t h . B o t h o f t h e s e c l a s s e s o f r e s u l t s s u p p o r t t h e i d e at h a t L S D - i n d u c e d i n h i b i t i o n d o e s n o t p r i ma r i l y o c c u r t h r o u g h d i r e c ta c t i o n o n p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r s , b u t r a t h e r v i a s o m e i n d i r e c t p r e s y n a p t i cme c h a n i s m . H o w e v e r , t h e r e ma i n i n g t h i r d o f t h e e x p e r i me n t s ( N = 3 )s h o w e d L S D - i n d u c e d i n h i b i t i o n i n t h e p r e s e n c e o f h i g h Mg + + / l o w Ca "A SW w h o s e ma g n i t u d e w a s i n t h e r a n g e o f L S D - i n d u c e d i n h i b i t i o nt y p i c a l l y s e e n i n t h e n o r ma l e y e ( n o r ma l A SW s u p e r f u s a t e ) . We c a n n o tc o n c l u s i v e l y i n t e r p r e t t h e s e t h r e e l a t t e r e x p e r i me n t s b e c a u s e ( a ) n o c o n -t r o l v a l u e s f o r t h e ma g n i t u d e o f L S D i n h i b i t i o n ( i n n o r ma l A S W ) w e r eo b t a i n e d a n d , t h e r e f o r e , n o t r u e c o mp a r i s o n b e t w e e n t h e t w o c o n d i t i o n sc a n b e m a d e , a n d ( b ) n o me a s u r e me n t o f t h e e x t e n t o f s y n a p t i c b l o c k a d ei n t h e p r e s e n c e o f h i g h Mg + + / l o w Ca " A SW c o u l d b e m a d e .

T h u s , 5 - H T i n h i b i t i o n o f e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g i s u n c h a n g e d w h e n h i g hMg + + / l o w Ca " A SW i s u s e d t o r e d u c e t r a n s mi t t e r r e l e a s e . I n c o n t r a s t ,L S D i n h i b i t i o n i s u s u a l l y ma r k e d l y r e d u c e d d u r i n g t h e s e s a m e c o n d i t i o n s .T o g e t h e r , t h e s e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t l i t t l e o r n o n e o f L S D ' s i n h i b i t i n ge f f e c t i s a t t r i b u t a b l e t o a p o s t s y n a p t i c a c t i o n o f L SD .

E f f e c t s o f L S D a n d 5 - H T o n L a t e r a l I n h i b i t i o nT h e e f f e c t o f L SD o n l a t e r a l i n h i b i t i o n i s c o n c e n t r a t i o n d e p e n d e n t .L a t e r a l i n h i b i t i o n i s e n h a n c e d a t l o w ( 1 - 5 A M) a n d s u p p r e s s e d a t h i g h e r( 5 - 2 0 A M ) L SD c o n c e n t r a t i o n s . T h i s i s t r u e f o r l a t e r a l i n h i b i t i o n e v o k e de i t h e r b y o n s e t o f a s t e a d y l i g h t i l l u mi n a t i n g n e i g h b o r i n g f a c e t s ( N = 1 4 ;F i g . 5 ) o r b y a n t i d r o mi c o p t i c n e r v e s t i mu l a t i o n ( N = 6 ; F i g . 6 A ) .

F I G U RE 4 . ( o p p os i t e ) ( A ) L o s s o f L S D i n h i b i t i o n b e c a u s e o f h i g h Mg + + / l o wC a " ASW S u p e r f u s i o n wi t h 2 0 A M L S D i n ASW c a u s e s s t r o ng d ep r e s s i o no f s p i k e f r e q u e n c y ( f o r b o t h A a n d B , t h e f r e q u e n c y wa s a v e r a g e d o v e r 1 0s f o r e a c h p o i n t ) . A f t e r a r i n s e i n h i g h Mg ` / l o w C a " A SW , t h e s p i k ef r e q u e n c y g r a d u a l l y i n c r e a s e d t o wa r d t h e i n i t i a l r a t e . A t 4 0 mi n , s u p e r f u -s i o n wa s b e g u n wi t h 2 0 A M L S D i n h i g h Mg + + / l o w C a " ASW n o r e d u c t i o no f s p i k e f r e q u e n c y wa s e v i d e n t . A f t e r r i n s i n g i n n o r ma l ASW a n d d u r i n gr e c o v e r y f o r a b o u t 3 0 mi n , t h e s p i k e f r e q u e n c y c o n t i n u e d t o i n c r e a s e ( 5 5 -8 5 mi n ) . 2 0 A M L S D i n n o r ma l ASW wa s s u p e r f u s e d a g a i n , c a u s i n g amo d e r a t e d e p r e s s i o n o f s p i k e f r e q u e n c y . T h e t h i r d a p p l i c a t i o n o f L S D ( a t8 5 mi n ) d i d n o t d e p r e s s s p i k e f r e q u e n 7 a s m u c h a s t h e i n i t i a l a p p l i c a t i o n ,b u t L S D a pp l i e d i n h i g h Mg + + / l o w C a + ASW wa s c o mp l e t e l y i n e f f e c t i v e .T h e i l l u mi n a t i o n o n t h e i s o l a t e d e c c e n t r i c c e l l wa s d e c r e a s e d b y a 0 . 4 l o gf i l t e r a t t = 7 0 mi n ( n o t s h o w n ) . ( B ) L o s s o f L S D i n h i b i t i o n i n p r e s e n c e o fh i g h Mg + + / l o w C a " ASW T h e e c c e n t r i c c e l l wa s b a t h e d i n h i g h Mg " /l o w C a " ASW f o r 3 0 mi n b e f o r e s u p e r f u s i o n wi t h 2 0 A M L S D i n h i g hMg + + / l o w C a " ASW ( t h e r e wa s n o L S D s u p e r f u s i o n b e f o r e t = 0 ) . L S Dd i d n o t c a u s e a d e p r e s s i o n o f s p i k e f r e q ue n c y , b u t s u b s e q u e n t s u p e r f u s i o nwi t h 5 A M 5 - H T c a u s e d ma r k e d r e d u c t i o n . T h e 5 - H T r e s p o n s e d e m o n -s t r a t e s t h a t t h e s y n a p s e wa s a c c e s s i b l e t o t h e s u p e r f u s a t e . T h e f a i l u r e o fL S D t o d e p r e s s t h e s p i k e f r e q u e n c y s u g g es t s t h a t t h i s a c t i o n o f L S D i sd e p e n d e n t u p o n o n g o i n g t r a n s mi t t e r r e l e a s e . E x p e r i me n t 2 5 F 8 .



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2 5 4 T H E J O U R N A L OF G E N E R A L P H Y S I OL O GY " V O L U M E 8 2 - 1 9 8 3I n c o n t r a s t , 5 - H T i n t h e s u p e r f u s a t e s u p p r e s s e s l a t e r a l i n h i b i t i o n ( N =

1 2 ) , a p h e n o m e n o n t e r me d " d e s e n s i t i z a t i o n " b y A d o l p h ( 1 9 7 6 ) . S u p p r e s -s i o n o c c u r r e d a t a l l s u p e r t h r e s h o l d c o n c e n t r a t i o n s ( 0 . 1 t o + 2 5 A M) o f 5 -H T s u p e r f u s e d o n t o t h e r e t i n a . F i g . 6 B s h o w s a n e x a mp l e o f 5 - HT -i n d u c e d s u p p r e s s i o n o f a n t i d r o mi c a l l y s t i mu l a t e d i n h i b i t i o n .P l o t s a n a l o g ou s t o F i g . 6 , b u t w i t h t h e a b s c i s s a g i v i n g t h e f r e q u e n c y o ff i r i n g i n a s i n g l e i n h i b i t i n g o p t i c n e r v e f i b e r , a l l o w d e t e r m i n a t i o n o fi n h i b i t o r y s t r e n g t h a n d t h r e s h o l d ( H a r t l i n e a n d R a t l i f f , 1 9 5 7 ) ; t h e s l o p eo f t h e l i n e wo u l d b e t h e i n h i b i t o r y c o e f f i c i e n t a n d t h e x i n t e r c e p t wo u l db e t h e i n h i b i t o r y t h r e s h o l d . Wh e r e s h o c k o f t h e wh o l e o p t i c n e r v eg e n e r a t e s i n h i b i t i o n f r o m a l l ( o r n e a r l y a l l ) n e i g h b o r s o f t h e f i b e r f r o m

F I GU RE 5 . Co n c e n t r a t i o n - d e p e n d e n t e f f e c t s o f L S D o n l a t e r a l i n h i b i t i o ne v o k e d b y l i g h t . A s t e a d y l i g h t i l l u mi n a t e d t h e f a c e t w h o s e e c c e n t r i c c e l l ' ss p i k e s w e r e r e c o r d e d . A s h u t t e r - c o n t r o l l e d l i g h t w a s p o s i t i o n e d o v e r an e i g h b o r i n g g r o u p o f o mma t i d i a . T h e a r r o w i n d i c a t e s o n s e t o f l a t e r a li n h i b i t i o n u n d e r e a c h o f t h e c o n d i t i o n s s t a t e d o n t h e l e f t . B o t h t r a n s i e n ta n d s t e a d y c o mp o n e n t s o f l a t e r a l i n h i b i t i o n w e r e r e d u c e d a f t e r s u p e r f u s i o nw i t h 2 0 A M L S D , a n d e n h a n c e d ( c o m p a r e d w i t h c o n t r o l ) a f t e r w a s h e s a n ds u p e r f u s i o n w i t h 1 A M L S D . T h e i n c r e a s e d i n h i b i t o r y s t r e n g t h d u r i n g A S Ww a s h i mme d i a t e l y a f t e r 1 A M L S D a p p l i c a t i o n s u g g e s t s t h a t e n h a n c e m e n to f l a t e r a l i n h i b i t i o n i n t h i s e x p e r i me n t wa s ma x i ma l a t a n L S D c o n c e n t r a t i o nb e l o w 1 A M . F i v e w a s h e s w e r e i n s u f f i c i e n t t o c o mp l e t e l y r e mo v e L S D a n dr e s t o r e c o n t r o l c o nd i t i o n s . R e c o r d s a r e t h e o u t p u t p u l s e s f r o m s p i k e d i s -c r i mi n a t o r .

wh i c h i mp u l s e s a r e r e c o r d e d , t h e s l o p e o f t h e l i n e we l l a b o v e a l l t h r e s h o l df r e q u e n c i e s i s t h e s u m o f a l l i n h i b i t o r y c o e f f i c i e n t s f o r t h e r e c o r d e d f i b e ra n d t h e x i n t e r c e p t i s a we i g h t e d a v e r a g e o f i n h i b i t o r y t h r e s h o l d s ( L a n g ee t a l . , 1 9 6 6 ) . F r o m F i g . 6 i t a p p e a r s t h a t l o w c o n c e n t r a t i o n s o f L S Dc a u s ed a d e c r e a s e o f t h e we i g h t e d a v e r a g e t h r e s h o l d , b u t d i d n o t g r e a t l yc h a n g e t h e t o t a l s t r e n g t h ( s u m o f i n h i b i t o r y c o e f f i c i e n t s ) . I n c o n t r a s t , t h eh i g h c o n c e n t r a t i o n o f L S D a n d e x o g e n o u s 5 - H T b o t h c a u s e d a n a l t e r a t i o ni n t h e s l o p e ( a n d p o s s i b l y t h e l i n e a r i t y ) o f t h e c u r v e . A l t e r a t i o n o f t h es l o p e o r t h e f o r m o f t h e c u r v e c o u l d b e c a u s e d b y u n i f o r m e f f e c t s o ne a c h i n d i v i d u a l e c c e n t r i c c e l l t h a t a f f e c t s t h e r e c o r d e d o p t i c n e r v e f i b e r ,o r b y a l t e r i n g t h e p o p u l a t i o n d i s t r i b u t i o n o f i n h i b i t o r y t h r e s h o l d s a n di n h i b i t o r y c o e f f i c i e n t s . T h e s i mi l a r i t y b e t we e n t h e e f f e c t s o f 5 - H T a n d



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K A S S E T A L . P r e s y n a p t i c L S D Ac t i o n i n L i mu l u s 2 5 5h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f L S D ma y i n d i c a t e t h a t b o t h e f f e c t s h a v e a c o m m o nme c h a n i s m .

E f f e c t s o f Ch l o r i mi p r a mi n e o n E c c e n t r i c C e l l S p i k i n g R a t e a n d L a t e r a lI n h i b i t i o nCh l o r i mi p r a mi n e , a 5 - H T u p t a k e b l o c k e r i n v e r t e b r a t e ( R o s s a n d Re n y i ,1 9 7 2 ) a n d i n v e r t e b r a t e ( G e r s c h e n f e l d e t a l . , 1 9 7 8 ) p r e p a r a t i o n s , c a u s e s ad e c r e a s e i n t h e e c c e n t r i c c e l l f i r i n g r a t e ( N = 1 0 ; t h i s i s a n a l o g ou s t o L S D -i n d u c e d i n h i b i t i o n ) , e n h a n c e s l a t e r a l i n h i b i t i o n a t l o we r ( 1 - 2 0 n M) c o n -c e n t r a t i o n s ( N = 2 ) , a n d s u p p r e s s e s l a t e r a l i n h i b i t i o n a t h i g h e r ( 0 . 1 - 2 0A M) o n e s ( N = 6 ) . F i g . 7 s h o w s t h e d e p r e s s i v e e f f e c t o f ( 1 0 , A M) c h l o r i -mi p r a mi n e o n e c c e n t r i c c e l l f i r i n g r a t e . Ho we v e r , c h l o r i mi p r a mi n e d i dn o t s i g n i f i c a n t l y a f f e c t t h e l i g h t r e s p o n s e o f r e t i n a l c e l l s ( N = 2 ) r e c o r d e di n t r a c e l l u l a r l y , e v e n i n e x t e r n a l c o n c e n t r a t i o n s a s h i g h a s 1 mM . T h u s ,t h e d e p r e s s i o n o f t h e s p i k i n g r a t e i n d u c e d b y c h l o r i mi p r a mi n e a p p e a r s t ob e d u e t o e c c e n t r i c c e l l h y p e r p o l a r i z a t i o n , a n e f f e c t a n a l o g o u s t o t h eh y p e r p o l a r i z a t i o n c a u s e d b y 5 - H T a n d L S D , a s wa s s h o w n b y A d o l p h( 1 9 7 6 ) .F i g . 8 s h o w s t h e e f f e c t s o f c h l o r i mi p r a mi n e o n l a t e r a l i n h i b i t i o n . I n t h i se x p e r i me n t , l i g h t - e v o k e d l a t e r a l i n h i b i t i o n wa s f i r s t me a s u r e d a t m a n yd i f f e r e n t l e v e l s o f e x c i t a t i o n b y v a r y i n g t h e l i g h t i n t e n s i t y i l l u mi n a t i n go n l y t h e f a c e t o f t h e t e s t e c c e n t r i c c e l l . I n h i b i t i o n c a u s e d b y a r e p e a t e dt e s t f l a s h i s p l o t t e d a g a i n s t t h e s t e a d y f i r i n g r a t e o f t h e t e s t e c c e n t r i c c e l l .T h i s e x p e r i me n t a l f o r ma t wa s d e s i g n e d t o mi n i mi z e t h e p r o b l e m o fd i s t i n g u i s h i n g d r u g - i n d u c e d s u p p r e s s i o n o f l a t e r a l i n h i b i t i o n f r o m d r u g -i n d u c e d d e p r e s s i o n o f t h e t e s t r e c e p t o r ' s f i r i n g r a t e . I t f a c i l i t a t e d c o m -p a r i s o n s o f t h e a m o u n t o f i n h i b i t i o n i n t h e a b s e n c e a n d p r e s e n c e o fc h l o r i mi p r a mi n e ( s e e t h e l e g e n d t o F i g . 8 ) . A f t e r c h l o r i mi p r a mi n e wa sa d d e d i n v e r y l o w ( I n M) c o n c e n t r a t i o n , t h e ma g n i t u d e o f t h e i n h i b i t i o nd e c r e a s e d . T h i s i n d i c a t e s t h a t l a t e r a l i n h i b i t i o n wa s e n h a n c e d . W h e n ah i g h e r c o n c e n t r a t i o n ( 0 . 5 A M) o f c h l o r i mi p r a mi n e wa s a d d e d , t h e m a g -n i t u d e o f l a t e r a l i n h i b i t i o n ( a s we l l a s t h e o n g o i n g s p i k i n g a c t i v i t y o f t h ee c c e n t r i c c e l l ) d e c r e a s e d g r e a t l y . Ch l o r i mi p r a mi n e p r o b a b l y a l s o d e -c r e a s e d t h e f i r i n g r a t e s o f t h e e c c e n t r i c c e l l s i n n e i g h b o r i n g f a c e t s t h a tp r o v i d e t h e l a t e r a l i n h i b i t i o n ; t h i s wo u l d t e n d t o d e c r e a s e t h e s t r e n g t h o fl i g h t - e v o k e d i n h i b i t i o n o n t h e t e s t r e c e p t o r . I t i s t h e r e f o r e l i k e l y t h a t t h ee n h a n c e m e n t o f l a t e r a l i n h i b i t i o n b y t h e l o w c o n c e n t r a t i o n o f c h l o r i mi -p r a mi n e wa s u n d e r e s t i ma t e d b y t h i s e x p e r i me n t , w h i l e t h e s u p p r e s s i o n o fl a t e r a l i n h i b i t i o n c a u s e d b y t h e h i g h e r c o n c e n t r a t i o n ma y h a v e b e e ne x a g g e r a t e d . I n i n d e p e n d e n t e x p e r i me n t s ( N = 3 ) t o t e s t wh e t h e r a h i g hc o n c e n t r a t i o n ( 1 0 A M) o f c h l o r i mi p r a mi n e s u p p r e s s e s l a t e r a l i n h i b i t i o n ,a n t i d r o mi c s t i mu l a t i o n o f t h e o p t i c n e r v e wa s t h e s o u r c e o f i n h i b i t i o n .Du r i n g a n t i d r o mi c s t i mu l a t i o n , t h e i n v a s i o n o f p r e s y n a p t i c t e r mi n a l s i sp r e s u ma b l y u n a f f e c t e d b y p o s t s y n a p t i c i n h i b i t o r y p o t e n t i a l s o r b y d i r e c td r u g - i n d u c e d h y p e r p o l a r i z a t i o n o f e c c e n t r i c c e l l s . A n t i d r o mi c a l l y e v o k e dl a t e r a l i n h i b i t i o n wa s d e p r e s s e d b y h i g h c h l o r i mi p r a mi n e c o n c e n t r a t i o n s ;



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2 5 6 T HE J OURNAL OF GENERAL P H Y S I O L OG Y " VOLUME 8 2 - 1 9 8 3t h e r e f o r e , t h e d r u g ' s s u p p r e s s i v e a c t i o n i s e x e r t e d a t t h e i n h i b i t o r ys y n a p s e .

D I S C U S S I O NL S D i s g e n e r a l l y b e l i e v e d t o mi mi c o r a n t a g o n i z e 5 - HT a c t i o n a t p o s t s y n -a p t i c r e c e p t o r s i t e s i n m a n y v e r t e b r a t e s a n d i n v e r t e b r a t e s ( C o o p e r e t a l . ,1 9 7 4 ) . Ou r p r e s e n t r e s u l t s a n d t h o s e r e p o r t e d b y Ad o l p h a n d K a s s ( 1 9 7 9 )s u g g e s t a d i f f e r e n t h y p o t h e s i s f o r L S D a c t i o n a t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r ys y n a p s e i n L i mu l u s . A t r e l a t i v e l y l o w l e v e l s o f LSD , p a r t i a l b l o c k a d e o fp r e s y n a p t i c r e u p t a k e s i t e s f o r t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e r p r o l o n g st r a n s mi t t e r l i f e t i m e i n t h e s y n a p t i c c l e f t a n d t h e r e b y e n h a n c e s i n h i b i t i o n( F i g . 9 B ) . I n t h e p r e s e n c e o f r e l a t i v e l y h i g h LSD , mo r e u p t a k e s i t e s a r eb l o c k e d , w h i c h c a u s e s a c c u mu l a t i o n o f t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e ra n d , c o n s e q u e n t l y , p o s t s y n a p t i c d e s e n s i t i z a t i o n ( F i g . 9 C ) .

r - - ;1 0 2 0 3 0 4 0F r e q u e n c y o f A n t i d r o mi c S t i mu l a t i o nB

WHe

2 0 -

aea 1 0Ze. Yf n " / O

1 0 2 0 3 ~ 0 4 0F r e q u e n c y o f A n t i d r o mi c S t i mu l a t i o n

E v o k e d



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KASS ET AL . P r e s y n a p t i c LSD A c t i o n i n L i mu l u s 2 5 7We r e f e r b e l o w t o " T r , " a n a b b r e v i a t i o n f o r " t h e L i mu l u s l a t e r a li n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r . " We d i s t i n g u i s h b e t we e n 5 - HT a n d Tr i n t h ed i s c u s s i o n t o e mp h a s i z e t h e f a c t t h a t t h e ma j o r c o n c l u s i o n s d o n o t d e p e n do n t h e i d e n t i t y o f t h e n a t u r a l i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r How e v e r , t h e r e i se v i d e n c e s u p p o r t i n g t h e i d e n t i f i c a t i o n o f Tr a s a n i n do l e ami n e . Ourr e s u l t s n e i t h e r d e t r a c t f r o m n o r c o n f i r m t h a t i d e n t i f i c a t i o n We a l s o w i s ht o e mp h as i z e t h a t t h i s mod e l f o r LSD a c t i o n ma y b e g e n e r a l i z e d t o a p p l yt o s y n a p s e s a t wh i c h o t h e r b i o g e n i c a mi n e s a r e t h e t r a n s mi t t e r s , p r o v i d e dt h a t p r e s y n a p t i c u p t a k e i s a n i mp o r t a n t m e a n s o f t r a n s m i t t e r i n a c t i v a t i o n .B e l o w , we f i r s t d i s c u s s r e a s o n s f o r r e j e c t i n g t h e v i e w t h a t LSD a c t s b yb l o c k i n g p o s t s y n a p t i c a c t i o n o f t h e i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r i n L i m u l u s . T h e nwe d i s c u s s h o w o ur r e s u l t s a n d t h o s e o f o t h e r i n v e s t i g a t o r s a r e i n a c c o r dw i t h o ur p r e s y n a p t i c u p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i s f o r LSD a c t i o n . F i n a l l y ,

we d i s c u s s t h e p o s s i b i l i t y t h a t LSD b l o c k s a p r e s y n a p t i c a u t o r e c e p t o r f o rTr ( o n e t h a t d e p r e s s e s f u r t h e r r e l e a s e o f T r ) , t h u s a c c o u n t i n g f o r o urr e s u l t s .E v i d e n c e a g a i n s t D i r e c t P o s t s y n a p t i c A c t i o n b y L SD

L SD- i n d uc e d i n h i b i t i o n o f e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g i s ma r k e d l y r e d u c e du n d e r c o n d i t i o n s t h a t d e p r e s s t h e r e l e a s e o f l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e rFI GURE 6 . ( o p p o s i t e ) ( A ) C o n c e n t r a t i o n d e p e n d e n c e o f L SD a c t i o n u p o ni n h i b i t i o n e v o k e d b y a n t i d r o m i c s t i mu l a t i o n o f t h e o p t i c n e r v e O r d i n a t es h o w s t h e a v e r a g e numbe r o f s p i k e s i n h i b i t e d d u r i n g 5 - s t r i a l s o f a n t i d r o m i cs t i mu l a t i o n Th r e e d i f f e r e n t a n t i d r o m i c r a t e s w e r e t e s t e d d u r i n g z e r o( c o n t r o l ) , l o w , a n d h i g h c o n c e n t r a t i o n s o f LSD i n t h e s u p e r f u s a t e Th eo r d i n a t e wa s c a l c u l a t e d b y t a k i n g o n e - f i f t h o f t h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h et o t a l numbe r o f s p i k e s o b t a i n e d d u r i n g f i v e t r i a l s o f a n t i d r o m i c s t i mu l a t i o n( 5 s / t r i a l ) a n d 2 5 s o f u n i n h i b i t e d s p i k e a c t i v i t y Th e 1 - A M L SD c u r v e wa so b t a i n e d a f t e r t h e c u r v e f o r 2 0 AM L SD A d e c r e m e n t o f 1 0 s p i k e s / t r i a lr e p r e s e n t s a n - 3 0% i n h i b i t i o n o f t h e b a c k g r o u n d f i r i n g r a t e Mo r e t h a nt h e c o n t r o l numbe r o f s p i k e s w e r e i n h i b i t e d a t t h e l o w c o n c e n t r a t i o n o fL SD , w h i c h i n d i c a t e s e n h a n c e m e n t o f l a t e r a l i n h i b i t i o n F e w e r t h a n t h ec o n t r o l numbe r o f s p i k e s w e r e i n h i b i t e d a t a h i g h e r c o n c e n t r a t i o n o f L SDd u r i n g i n h i b i t i o n e v o k e d b y l i g h t a n d b y 4 0 / s a n t i d r o m i c s t i mu l a t i o n T h i si n d i c a t e s t h a t t h e h i g h e r c o n c e n t r a t i o n o f LSD s u p p r e s s e d l a t e r a l i n h i b i t i o nI n h i b i t i o n e v o k e d b y f i v e r e p e t i t i o n s o f a 5 - s l i g h t s t i m u l u s t o n e i g h b o r i n go mma t i d i a ( s h o w n o n t h e r i g h t ) wa s m e a s u r e d o n l y f o r z e r o a n d h i g h L SDc o n c e n t r a t i o n s 0 , b e f o r e L SD O , 1 AM LSD ; 0 , 2 0 AM L SD ( B ) E f f e c t o f5 - HT o n i n h i b i t i o n e v o k e d b y a n t i d r o m i c s t i mu l a t i o n o f t h e o p t i c n e r v eO r d i n a t e a s i n A . I n h i b i t i o n wa s m e a s u r e d d u r i n g s u p e r f u s i o n w i t h 0 AM( c o n t r o l ) a n d 1 0 AM 5 - HT i n t h e ASW A d e c r e m e n t o f 1 0 s p i k e s / t r i a lr e p r e s e n t s a n - 3 0 % d e c r e a s e i n t h e b a c k g r o u n d f i r i n g r a t e . F e w e r t h a nt h e c o n t r o l numbe r o f s p i k e s w e r e i n h i b i t e d i n t h e p r e s e n c e o f 5 - HT a t a l la n t i d r o m i c s t i mu l a t i o n r a t e s , w h i c h i n d i c a t e s s u p p r e s s i o n o f l a t e r a l i n h i b i -t i o n Same p r e p a r a t i o n s a s i n A , a f t e r 1 h o f ASWw a s h i n g " , b e f o r e 5 -HT O , 1 0 AM 5 - HT



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2 5 8 T H E J O UR N A L OF G E N E R A L P H Y S I OL O GY " V O L U M E 8 2 - 1 9 8 3I n n o r ma l A S W p e r f u s a t e , L S D e x e r t s a s t r o n g d e p r e s s i v e e f f e c t u p o nt h e f i r i n g r a t e ( F i g . 1 B ) . Ho we v e r , i n t h e p r e s e n c e o f h i g h Mg + + / l o wC a " A S W , w h e n n o r ma l s y n a p t i c t r a n s m i s s i o n i s d emo n s t r a b l y r e d u c e d( F i g . 2 ) , L S D h a s a g r e a t l y r e d u c e d e f f e c t o n s p i k i n g r a t e ( F i g . 4 A a n d B ) .I n t h e c o n t r o l e x p e r i me n t , h i g h Mg " / l o w C a " A S W f a i l e d t o p r e v e n t5 - H T f r o m d e p r e s s i n g t h e s p i k e r a t e ( F i g s . 3 a n d 4 B ) . T h e s e r e s u l t ss u p p o r t t h e i n f e r e n c e t h a t 5 - H T e x e r t s i t s a c t i o n p r i ma r i l y a t p o s t s y n a p t i cs i t e s , b u t t h a t L SD ' s d i r e c t p o s t s y n a p t i c a c t i o n i s , a t mo s t , mi n o r . Wei n f e r t h a t L SD' s ma j o r e f f e c t o n i n h i b i t i o n r e q u i r e s n o r ma l r e l e a s e o f T rf r o m t h e p r e s y n a p t i c t e r mi n a l .T h e r e s u l t s c a n n o t b e e x p l a i n e d b y a s s u mi n g i n d i r e c t a c t i o n o f 5 - H T

Z S

c 5 0

aN2 . 5

1 0 J i mj C h l o r i m1 p r a mi n e

0 1 0 2 0 3 0 7 i ST Y m ( m i n )F I G U R E 7 . E f f e c t o f c h l o r i mi p r a mi n e o n e c c e n t r i c c e l l s p i k e f r e q u e n c y .1 0 1 . M c h l o r i mi p r a mi n e s u p e r f u s e d o v e r t h e r e t i n a l s l i c e c a u s e s a d e c r e a s eo f t h e o n g o i n g e x t r a c e l l u l a r s p i k e f r e q u e n c y o f a n o p t i c a l l y i s o l a t e d e c c e n -t r i c c e l l u n d e r c o n s t a n t i l l u mi n a t i o n . A f t e r 6 0 mi n a n d s i x n o r ma l A S Ww a s h e s , t h e d e p r e s s i o n o f f r e q u e n c y c a u s e d b y c h l o r i mi p r a mi n e h a s o n l ys l i g h t l y r e c o v e r e d . E x p e r i me n t 7 0 8 .

o r L S D a t a d i f f e r e n t r e t i n a l s y n a p s e . T h e o n l y o t h e r s y n a p s e i n t h el a t e r a l e y e m e d i a t e s c e n t r i f u g a l e f f e c t s f r o m a c i r c a d i a n c l o c k i n L i mu l u sb r a i n ( B a r l o w a n d Ch a mb e r l a i n , 1 9 8 0 ; Ba r l o w e t a l . , 1 9 8 0 ; F a h r e n b a c h ,1 9 8 1 ) . T h e n e u r o c h e mi c a l mo d u l a t o r r e l e a s e d b y e f f e r e n t a c t i v i t y c a u s e sa n i n c r e a s e o f s e n s i t i v i t y o f t h e l a t e r a l e y e t o l i g h t ( B a r l o w e t a l . , 1 9 7 7 )a n d a f f e c t s s p o n t a n e o u s me mb r a n e n o i s e o f t h e r e t i n u l a r c e l l s ( Ka p l a na n d B a r l o w , 1 9 8 0 ) . T h e s u b s t a n c e i n q u e s t i o n a p p e a r s t o b e o c t o p a mi n e( K a s s a n d B a r l o w , 1 9 8 0 , 1 9 8 1 ; B a t t e l l e e t a l . , 1 9 8 2 ) ; 5 - H T c a n p a r t i a l l ymi mi c e f f e r e n t a c t i v i t y o n l y w h e n i n j e c t e d b e n e a t h t h e c o r n e a o f t h el a t e r a l e y e i n s i t u i n c o n c e n t r a t i o n s t h a t a r e 2 0 0 t i me s g r e a t e r t h a n t h o s ef o r o c t o p ami n e ( ^ - 0 . 1 mM : K a s s a n d B a r l o w , 1 9 8 2 , 1 9 8 3 ) . Op t i c n e r v es h o c k d o e s n o t e v o k e t h e e f f e c t s o f e f f e r e n t a c t i v i t y a f t e r t h e l a t e r a l e y ei s e x c i s e d ( K a s s , 1 9 8 1 ; B a r l o w , 1 9 8 3 ) . C h a n g e s i n v i s u a l s e n s i t i v i t y o r



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K A S S E T A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 5 9p h o t o r e c e p t o r me mb r a n e n o i s e a f t e r 5 - H T o r L S D s u p e r f u s i o n ( 0 . 1 t o+ 2 5 A M) a r e n o t o b v i o u s ; t h i s s u g g e s t s t h a t n e i t h e r 5 - H T n o r L S D a c t sb y mi mi c k i n g t h e a c t i o n o f t h e e f f e r e n t me d i a t o r a t o c t o p a mi n e - l i k ep o s t s y n a p t i c r e c e p t o r s .T h e r e s u l t s o b t a i n e d a l s o c a n n o t b e e x p l a i n e d b y e f f e c t s o f t h e l o w

3 0

CL"0 . . . . . . .. .. . s . a e . . a . . . . . ... . . .. . . . .. . . . .. . .. . . . .. . .. . .. .- - - - - - - - - - - ^ , - , * 0a

e

eee e

e

0~-v --r - - - T - -~0 2 5 5 0 7 5 1 0 0S p i k i n g Ra t s p e r 1 0 aF I G U RE 8 . Co n c e n t r a t i o n - d e p e n d e n t e f f e c t s o f c h l o r i mi p r a mi n e o n l a t e r a li n h i b i t i o n . L i g h t i mp i n g i n g o n a s i n g l e e x t r a c e l l u l a r l y r e c o r d e d e c c e n t r i cc e l l w a s v a r i e d t o o b t a i n a w i d e r a n g e o f b a s e l i n e s p i k e f r e q u e n c i e s . L a t e r a li n h i b i t i o n w a s e v o k e d b y i l l u mi n a t i n g a g r o u p o f n e i g h b o r i n g f a c e t s f o r 1 0 -s t r i a l s . E a c h f i l l e d c i r c l e s h o w s t h e a v e r a g e d e p r e s s i o n o f s p i k e f r e q u e n c yd u r i n g t h e 1 0 - s i n h i b i t o r y t r i a l s , p l o t t e d v s . t h e s p i k e f r e q u e n c y o f t h eu n i n h i b i t e d c e l l . A f t e r t h e h i g h e s t r a t e o f f i r i n g wa s a c h i e v e d ( f a r r i g h t ) ,t h e s t i mu l u s i n t e n s i t y wa s l e f t c o n s t a n t , a n d 1 n M c h l o r i mi p r a mi n e wa sa d d e d i n t o t h e s u p e r f u s a t e . L a t e r a l i n h i b i t i o n w a s e v o k e d ( o p e n c i r c l e s ) a st h e c e l l g r a d u a l l y d e c r e a s e d i t s r a t e o f f i r i n g . T h e n 0 . 5 j M c h l o r i mi p r a mi n ewa s a p p l i e d a n d l a t e r a l i n h i b i t i o n wa s e v o k e d ( o p e n t r i a n g l e s ) . T h e c e l l ' sr a t e o f f i r i n g c o n t i n u e d t o d e c r e a s e a s a d i r e c t e f f e c t o f c h l o r i mi p r a mi n e .I n n o r ma l ASW, t h e a b s o l u t e s t r e n g t h o f l a t e r a l i n h i b i t i o n i s r e l a t i v e l yi n d e p e n d e n t o f t h e s p i k i n g r a t e ( f i l l e d c i r c l e s a n d b r o k e n h o r i z o n t a l l i n e ) .1 n M c h l o r i mi p r a mi n e c a u s e d a n i n c r e a s e i n t h e n u m b e r o f s p i k e s i n h i b i t e dc o mp a r e d w i t h t h e c o n t r o l ( n o r m a l A SW) , w h i c h i n d i c a t e s a n e n h a n c e me n to f l a t e r a l i n h i b i t i o n . 0 . 5 / A M c h l o r i mi p r a mi n e c a u s e d a d e c r e a s e i n t h en u m b e r o f s p i k e s i n h i b i t e d , w h i c h i n d i c a t e s a s u p p r e s s i o n o f l a t e r a l i n h i b i -t i o n .

C a " p e r f u s a t e o n t r a n s d u c t i o n o r s p i k e g e n e r a t i o n p r o c e s s e s , s i n c e t h el i g h t - t o - s p i k e f r e q u e n c y t r a n s f e r f u n c t i o n ( o b t a i n e d b y s i n u s o i d a l i n p u t -o u t p u t e x p e r i me n t s ; K a s s , 1 9 8 1 ) i s u n c h a n g e d b y t h e l o w Ca " / h i g hMg + A S W . N o n e t h e l e s s , l i g h t - e v o k e d a n d a n t i d r o mi c a l l y e v o k e d i n h i b i -t i o n a r e c o mp l e t e l y a n d r e v e r s i b l y a b o l i s h e d ( F i g . 2 A ) b y t h e h i g h Mg " /



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2 6 0 T H E J O U RN A L OF GE NE RA L P H Y SI O L OG Y " V O L U M E 8 2 - 1 9 8 3



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K A s s E T A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 6 1l o w C a " A S W . T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n t h e e f f e c t s o f t h e s am e c o n d i t i o n so n t h e a c t i o n o f L S D a n d 5 - HT a r e t h e r e f o r e a t t r i b u t e d t o t h e e f f e c t s o ft h e d r u g s o n t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e .T h e p o s t s y n a p t i c T r r e c e p t o r ' s s t r u c t u r a l s p e c i f i c i t y a p p e a r s t o p r e c l u d ei t s d i r e c t i n t e r a c t i o n w i t h L S D . Ad o l p h a n d K a s s ( 1 9 7 9 ) e x a mi n e d e f f e c t so f m a n y c o m p o u n d s s t r u c t u r a l l y r e l a t e d t o 5 - HT f o r e n h a n c i n g o r a n t a g -o n i z i n g i n t e r a c t i o n s w i t h t h e p u t a t i v e 5 - HT p o s t s y n a p t i c r e c e p t o r f o rl a t e r a l i n h i b i t i o n . T h e y f o u n d t h a t a h y d r o x y l g r o u p i n t h e 5 p o s i t i o n o nt h e i n d o l e n u c l e u s i s e s s e n t i a l f o r o b t a i n i n g i n h i b i t i o n . L S D d o e s n o t h a v et h i s h y d r o x y l g r o u p n o r d o e s i t s l a r g e s i d e - c h a i n , a n d o t h e r f e a t u r e s o fi t s s t r u c t u r e m a k e i t u n s u i t e d f o r t h e s t r u c t u r a l s p e c i f i c i t y o f t h e p o s t s y n -a p t i c s e r o t o n i n e r g i c - l i k e r e c e p t o r .I t r e ma i n s p o s s i b l e t o d e v i s e s c h e m e s wh e r e b y L S D ' s a c t i o n s a r i s e f r o me n t i r e l y p o s t s y n a p t i c me c h a n i s m s . E a c h o f t h e s e s c h e m e s r e q u i r e s t h a tL S D b e a c o mp l e x n e u r o mo d u l a t o r o f s y n a p t i c a n d 5 - H T - i n d u c e d i n h i -b i t i o n a t t w o d i s t i n c t c l a s s e s o f s i t e s . Co n s i d e r o n e s u c h s c h e m e : a t o n es i t e , L S D mu s t p o t e n t i a t e a c t i o n o f T r i n o r d e r t o a c c o u n t f o r L S D ' se n h a n c e m e n t o f i n h i b i t i o n a t l o w c o n c e n t r a t i o n s . T h i s a c t i o n c o u l d a l s oa c c o u n t f o r L S D ' s d e p r e s s i o n o f e c c e n t r i c c e l l f i r i n g i n n o r m a l ASW, a n dt h e a b s e n c e o f s u c h d e p r e s s i o n i n h i g h Mg + + / l o w C a " A S W . A t a s e c o n dmo d u l a t o r y s i t e o r v i a a n u n k n o w n i n t r a c e l l u l a r f e e d b a c k me c h a n i s m ,L S D a t h i g h c o n c e n t r a t i o n s mu s t d e p r e s s t h e e f f e c t o f T r . S c h e m e s s u c ha s t h i s o n e o r o t h e r s t h a t a r e e a s i l y c o n s t r u c t e d a r e mo r e c o mp l e x t h a np o s t u l a t e d n e u r o mo d u l a t o r y me c h a n i s m s a t o t h e r s y n a p s e s ( K u p f e r ma n ,1 9 7 9 ) , a n d l a c k a n y c o mp e l l i n g e v i d e n c e a t p r e s e n t .

E v i d e n c e F a v o r i n g t h e P r e s y n a p t i c Up t a k e Hy p o t h e s i s f o r L S D A c t i o nE n h a n c e m e n t o f l i g h t - e v o k e d a n d a n t i d r o mi c a l l y e v o k e d l a t e r a l i n h i b i t i o na t l o w L S D c o n c e n t r a t i o n s a n d s u p p r e s s i o n a t h i g h e r o n e s f o l l o w n a t u r a l l yf r o m t h e p r e mi s e s o f t h e p r e s y n a p t i c u p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i s f o r L S Da c t i o n . I f a l o w ( 1 - 5 j A M) L S D c o n c e n t r a t i o n b l o c k s s om e o f t h e u p t a k er e c e p t o r s , t h e n t h e T r w i l l n o t b e r e mo v e d f r o m t h e s y n a p t i c c l e f t a sq u i c k l y . I f u p t a k e i s a n i mp o r t a n t me c h a n i s m f o r i n a c t i v a t i n g T r , t h i s w i l lh a v e t h e e f f e c t o f p r o l o n g i n g t h e a v e r a g e l i f e t i m e o f T r mo l e c u l e s . T h u s ,f o r t h e s a m e r a t e o f T r r e l e a s e d u r i n g p r o l o n g e d i n h i b i t o r y s t i mu l a t i o n ,

F I GU RE 9 . ( o p p o s i t e ) Ac t i o n o f L SD a n d l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s m i t t e r ( T r ) ,i l l u s t r a t i n g u p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i s . I n L i mu l u s , T r i s a s s u m e d t o c a u s ea n i n c r e a s e o f p o t a s s i u m p e r me a b i l i t y , r e s u l t i n g i n me mb r a n e h y p e r p o l a r i -z a t i o n . ( A ) N o r ma l r e l e a s e a n d u p t a k e o f T r . ( B ) T r r e l e a s e w i t h p a r t i a l l yr e s t r i c t e d u p t a k e c a u s e d b y p r e s e n c e o f L S D i n l o w c o n c e n t r a t i o n . T h ea d d i t i o n a l T r i n t h e s y n a p t i c c l e f t w i l l l e a d t o l a r g e r t h a n t h e n o r ma lma g n i t u d e o f i n h i b i t i o n . ( C) T r r e l e a s e wi t h c o mp l e t e l y r e s t r i c t e d u p t a k ec a u s e d b y t h e p r e s e n c e o f h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f L S D . No t e t h a t a c c u -mu l a t i o n o f T r i n s y n a p t i c c l e f t i s e x p e c t e d t o c a u s e a r e d u c t i o n o f t h e K 'c o n d u c t a n c e i n c r e a s e ; t h i s i s a r e s u l t o f p o s t s y n a p t i c d e s e n s i t i z a t i o n t o T r .



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2 6 2 T H E J O U RN A L OF G E N E R A L P H Y SI O L OG Y - VO L UM E 8 2 " 1 9 8 3t h e p o s t s y n a p t i c i n h i b i t i o n w i l l b e g r e a t e r b e c a u s e t h e p e a k T r c o n c e n t r a -t i o n s w i l l b e g r e a t e r a n d t h e i n h i b i t i o n w i l l l a s t l o n g e r .A t h i g h e r ( 5 - 2 0 A M) L S D c o n c e n t r a t i o n s , mo r e p r e s y n a p t i c u p t a k es i t e s w i l l b e b l o c k e d . T h e i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e r w i l l o v e r wh e l m i t s u p t a k eme c h a n i s m w h e n t r a n s mi t t e r i s r e l e a s e d a t a f a s t e r r a t e t h a n i t i s t a k e nu p . T h i s w i l l l e a d t o a c c u mu l a t i o n o f T r i n t h e s y n a p t i c c l e f t a n d c a u s ep o s t s y n a p t i c d e s e n s i t i z a t i o n . T h e L SD- t r e a t e d s y n a p s e w i l l t h e n b e c o m ef u n c t i o n a l l y " b l o c k e d , " i n t h a t mo r e i n h i b i t o r y t r a n s mi t t e r r e l e a s e d i n t ot h e s y n a p t i c c l e f t w i l l b e r e l a t i v e l y i n e f f e c t i v e . P o s t s y n a p t i c d e s e n s i t i z a t i o ni n r e s p o n s e t o r e p e a t e d p u l s e s o f 5 - H T d o e s o c c u r a t t h e i n h i b i t o r ys y n a p s e i n t h e l a t e r a l e y e . F u r t h e r mo r e , A d o l p h a n d T u a n ( 1 9 7 2 ) a n dA d o l p h ( 1 9 7 6 ) s h o w e d t h a t 5 - H T d e s e n s i t i z e s l i g h t - e v o k e d l a t e r a l i n h i -b i t i o n . I n d e e d , p r e t r e a t m e n t w i t h L S D d o e s f u n c t i o n a l l y b l o c k o r d e s e n -s i t i z e a s u b s e q u e n t 5 - H T - i n d u c e d i n h i b i t i o n , a s h a s b e e n d e mo n s t r a t e db y A d o l p h ( 1 9 7 6 ) . T h u s , d e s e n s i t i z a t i o n p r o v i d e s a p l a u s i b l e me c h a n i s mf o r L SD' s b l o c k a d e o f i n h i b i t i o n a t h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s . Wh e t h e r ap a r t i c u l a r c o n c e n t r a t i o n o f L S D w i l l e n h a n c e i n h i b i t i o n b y p r o l o n g i n g T ra c t i o n o r w i l l d e p r e s s i n h i b i t i o n b y d e s e n s i t i z a t i o n d e p e n d s o n t h e r e l a t i v ek i n e t i c s o f t h e u p t a k e , d e s e n s i t i z a t i o n , a n d r e l e a s e me c h a n i s ms .T r i c y c l i c c o m p o u n d s w i t h a t e r t i a r y s i d e - c h a i n a mi n e ( e . g . , c h l o r i mi -p r a mi n e , i mi p r a mi n e ) h a v e b e e n s h o w n t o b l o c k t h e u p t a k e o f 5 - H T i n t ob r a i n s l i c e s ( R o s s a n d R e n y i , 1 9 6 9 ; C a r l s s o n , 1 9 7 0 ; S h a s k a n a n d S y n d e r ,1 9 7 0 ) . I f L S D a n d c h l o r i mi p r a mi n e a r e b o t h i n v o l v e d i n b l o c k a d e o fp r e s y n a p t i c u p t a k e o f 5 - H T ( a n d p r e s u ma b l y T r ) , t h e n o n e wo u l d e x p e c tt o f i n d s i mi l a r i t i e s b e t we e n t h e i r a c t i o n s o n e c c e n t r i c c e l l f i r i n g r a t e s a n do n l a t e r a l i n h i b i t i o n . I n d e e d , t h e p r e s y n a p t i c u p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i sg e n e r a t e s q u a l i t a t i v e p r e d i c t i o n s o f t h e a c t i o n s o f c h l o r i mi p r a mi n e a t t h el a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e . T h e e c c e n t r i c c e l l s p i k i n g r a t e s h o u l d b er e d u c e d a n d l a t e r a l i n h i b i t i o n s h o u l d b e e n h a n c e d b y s u p e r f u s i o n w i t hs u f f i c i e n t l y l o w c h l o r i mi p r a mi n e c o n c e n t r a t i o n s ; l a t e r a l i n h i b i t i o n s h o u l db e s u p p r e s s e d a t h i g h e r s u p e r f u s e d c o n c e n t r a t i o n s . T h e s e a c t i o n s a r ed e mo n s t r a t e d i n F i g . 8 . I t i s e v i d e n t f r o m t h e c o n c e n t r a t i o n s u s e d i n o u re x p e r i me n t s t h a t c h l o r i mi p r a mi n e i s - 1 0 0 t i me s mo r e p o t e n t t h a n L S D .A t c o n c e n t r a t i o n s > 0 . 1 , A M, i t s d e p r e s s i v e e f f e c t s o n e c c e n t r i c c e l l f i r i n gr a t e a n d l a t e r a l i n h i b i t i o n a r e n o t r e v e r s i b l e . A s s h o w n i n F i g . 1 0 ,c h l o r i mi p r a mi n e l a c k s t h e 5 - h y d r o x y l g r o u p o n i t s i n d o l e n u c l e u s , a s d o e sL S D . T h i s l e a d s u s t o e x p e c t t h a t i t s h o u l d a c t n o t l i k e 5 - HT , b u t r a t h e rl i k e L S D . I t i s a m a t t e r o f c o n j e c t u r e wh e t h e r t h e i r r e v e r s i b i l i t y o fc h l o r i mi p r a mi n e a c t i o n i s r e l a t e d t o i t s g r e a t e r p o t e n c y r e l a t i v e t o t h a t o fL S D .B i o g e n i c a mi n e t r a n s mi t t e r s a r e c o mmo n l y b e l i e v e d t o b e i n a c t i v a t e db y p r e s y n a p t i c u p t a k e me c h a n i s ms ( Re c h a n d Mo o r e , 1 9 7 1 ; C o o p e r e ta l . , 1 9 7 4 ) . A t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e i n L i mu l u s , t h e r e c e p t o r s t h a tme d i a t e p r e s y n a p t i c u p t a k e a r e m u c h l e s s s p e c i f i c t h a n t h e p o s t s y n a p t i cr e c e p t o r s t h a t me d i a t e h y p e r p o l a r i z a t i o n . N o n s p e c i f i c i t y o f t h e u p t a k eme c h a n i s m i s s u g g e s t e d b y A d o l p h a n d E h i n g e r ' s ( 1 9 7 5 ) f i n d i n g t h a t t h e



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K A S S E T A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 6 3

i n d o l e a mi n e s 5 , 6 - DHT a n d 6 - HT w e r e t a k e n u p i n t o t h e e c c e n t r i c c e l l a tl e a s t a s w e l l a s 5 - HT . T h e s e s a me c o m p o u n d s w e r e f o u n d b y Ad o l p h a n dK a s s ( 1 9 7 9 ) t o b e t o t a l l y i n e f f e c t i v e i n c a u s i n g d e p r e s s i o n o f e c c e n t r i c c e l lf i r i n g r a t e s i m i l a r t o t h a t c a u s e d b y 5 - HT . T h u s , w h e r e a s t h e r e c e p t o rme d i a t i n g i n h i b i t i o n i s e x t r e me l y s p e c i f i c f o r t h e 5 - HT mo l e c u l e , t h ep r e s u me d p r e s y n a p t i c u p t a k e r e c e p t o r s a p p e a r n o n s p e c i f i c t o a d e g r e et h a t mi g h t a l l o w t h e m t o a c c e p t a n y i n d o l e a mi n e . I t s h o u l d b e n o t e d ,h o w e v e r , t h a t t h e u p t a k e r e c e p t o r s p r o b a b l y d o e x h i b i t a h i g h d e g r e e o fs p e c i f i c i t y f o r h y d r o x y l a t e d i n d o l e a mi n e s ; t h e u p t a k e r e c e p t o r s f o r 5 - HTa p p e a r " n o n s p e c i f i c " o n l y r e l a t i v e t o t h e e x t r e me l y s p e c i f i c p o s t s y n a p t i cr e c e p t o r s me d i a t i n g i n h i b i t i o n . S i n c e b o t h L S D a n d c h l o r i mi p r a mi n eh a v e a n i n d o l e a mi n e n u c l e u s a s p a r t o f t h e i r s t r u c t u r e s , t h e y ma y t h e nb i n d t o a s i g n i f i c a n t d e g r e e t o p r e s u me d p r e s y n a p t i c r e c e p t o r s i t e s , a n dc o n s e q u e n t l y p r o d u c e t h e i r e f f e c t s , a s d o c u me n t e d i n t h e r e s u l t s . B e c a u s e

L SD 5 - HT C h l o r i mi p r a mi n eF I GU RE 1 0 . S t r u c t u r e s o f L S D , 5 - H T , a n d c h l o r i mi p r a mi n e . T h e c o m -mo n i n d o l e n u c l e u s i s h i g h l i g h t e d f o r e mp h a s i s . N o t e t h a t n e i t h e r L S D n o rc h l o r i mi p r a mi n e c o n t a i n s a h y d r o x y l g r o u p i n t h e 5 p o s i t i o n o f t h e i n d o l eg r o u p . T h e r e f o r e , n e i t h e r L S D n o r c h l o r i mi p r a mi n e i s e x p e c t e d t o a c td i r e c t l y o n t h e p o s t s y n a p t i c 5 - H T - l i k e r e c e p t o r . H o w e v e r , b e c a u s e o f t h e i ri n d o l e g r o u p s , L S D a n d c h l o r i mi p r a mi n e ma y i n t e r a c t w i t h t h e l e s s s t r u c -t u r a l l y s p e c i f i c p r e s y n a p t i c u p t a k e r e c e p t o r s f o r t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y t r a n s -m i t t e r .

n e i t h e r L S D n o r c h l o r i mi p r a mi n e h a s t h e 5 - h y d r o x y l g r o u p , t h e y w o u l dn o t b e e x p e c t e d t o i n t e r a c t d i r e c t l y w i t h p o s t s y n a p t i c 5 - H T - l i k e r e c e p t o r sme d i a t i n g i n h i b i t i o n .P r e s y n a p t i c A u t o r e c e p t o r Me c h a n i s m

A p r e s y n a p t i c a u t o r e c e p t o r me c h a n i s m c o u l d o f f e r a n a l t e r n a t i v e t o t h eu p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i s p r e s e n t e d a b o v e . I t i s p o s s i b l e t h a t p r e s y n a p t i cr e c e p t o r s f o r T r e x i s t a t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e t h a t a r e a n a l o g o u st o a - a d r e n e r g i c a u t o r e c e p t o r s ( H a g g e n d a h l , 1 9 7 0 ; S t a r k e , 1 9 7 2 ) i n o t h e rs y s t e ms . S u c h a u t o r e c e p t o r s p r o v i d e a n e g a t i v e f e e d b a c k a c t i o n u p o nt r a n s mi t t e r r e l e a s e . T h u s , i n L i mu l u s l a t e r a l e y e , o n e mi g h t h y p o t h e s i z et h a t s o m e T r , r e l e a s e d b y n e u r a l a c t i v i t y , c o mb i n e s w i t h a u t o r e c e p t o r so n t h e p r e s y n a p t i c me mb r a n e a n d d e p r e s s e s f u r t h e r r e l e a s e o f T r . L SD -i n d u c e d i n a c t i v a t i o n o f t h e p o s t u l a t e d a u t o r e c e p t o r s s h o u l d t h e n c a u s e



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2 6 4 T H E J O U RN A L OF G E N E R A L P H Y S I O L OG Y " VO L UM E 8 2 - 1 9 8 3a n i n c r e a s e i n t h e a m o u n t o f t r a n s mi t t e r r e l e a s e d ; L S D w o u l d t h e r e b ye n h a n c e l a t e r a l i n h i b i t i o n . I n d e e d , a s we h a v e s h o w n ( F i g s . 5 a n d 6 ) , l o wc o n c e n t r a t i o n s o f L S D i n t h e e x t r a c e l l u l a r f l u i d d o l e a d t o e n h a n c e dl a t e r a l i n h i b i t i o n . T h e s u p p r e s s i o n o f l a t e r a l i n h i b i t i o n b y h i g h e r L S Dc o n c e n t r a t i o n s ( F i g s . 5 a n d 6 ) c a n a l s o b e a c c o u n t e d f o r b y a n a u t o r e c e p t o rme c h a n i s m . T h e a u g u me n t e d T r c o n c e n t r a t i o n a n t i c i p a t e d b e c a u s e o fb l o c k a g e o f t h e a u t o r e c e p t o r s s h o u l d l e a d t o i n c r e a s e d p o s t s y n a p t i c d e -s e n s i t i z a t i o n .T h e s i m i l a r e f f e c t i v e n e s s o f t h e u p t a k e b l o c k a d e a n d a u t o r e c e p t o rb l o c k a d e me c h a n i s m s i n a c c o u n t i n g f o r o u r ma j o r e x p e r i me n t a l f i n d i n g sl e a v e s l i t t l e b a s i s f o r c h o o s i n g b e t w e e n t h e t w o . B o t h h y p o t h e s e s i n v o l v ep r e s y n a p t i c mo d u l a t i o n o f s y n a p t i c t r a n s mi s s i o n . N e i t h e r h y p o t h e s i s r e -q u i r e s t h a t L S D e x e r t d i r e c t i n h i b i t o r y a c t i o n o n t h e p o s t s y n a p t i c me m-b r a n e . T h e e n h a n c e m e n t o f l a t e r a l i n h i b i t i o n i n t h e p r e s e n c e o f l o wc o n c e n t r a t i o n s o f L SD , a n d t h e s u p p r e s s i o n o f i n h i b i t i o n b y h i g h e r o n e s ,wo u l d b e e x p e c t e d o n t h e b a s i s o f e i t h e r h y p o t h e s i s .A t p r e s e n t , h o w e v e r , we f a v o r t h e u p t a k e b l o c k a d e h y p o t h e s i s f o rs e v e r a l r e a s o n s . T h e a c t i o n s o f L S D o n e c c e n t r i c c e l l f i r i n g r a t e a n dl a t e r a l i n h i b i t i o n a r e c l o s e l y mi mi c k e d b y c h l o r i mi p r a mi n e ( F i g s . 7 a n d8 ) , a k n o w n u p t a k e b l o c k e r i n i n v e r t e b r a t e s . F u r t h e r m o r e , t h e p r e s e n c eo f a n u p t a k e me c h a n i s m h a s b e e n d e mo n s t r a t e d a t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r ys y n a p s e . A n e g a t i v e f e e d b a c k a u t o r e c e p t o r me c h a n i s m h a s b e e n d e m o n -s t r a t e d i n s o m e a d r e n e r g i c s y n a p s e s , a n d h a s b e e n p r o p o s e d f o r 5 - HT i nd o r s a l r a p h e s e r o t o n e r g i c s y n a p s e s i n ma mma l s ( H a i g l e r , 1 9 8 1 ) , b u t wea r e u n a w a r e o f a n y s i m i l a r me c h a n i s m s a c t i n g a t b i o g e n i c a mi n e s y n a p s e si n i n v e r t e b r a t e s . A c o mp l i c a t e d s c h e m e i n v o l v i n g t w o mo d u l a t o r y e f f e c t so f L S D o n t h e p o s t s y n a p t i c r e s p o n s e t o T r c o u l d a l s o b e c o n s t r u c t e d t oa c c o u n t f o r o u r r e s u l t s . H o w e v e r , t h e a b s e n c e o f s u i t a b l e mo d u l a t o r ye x a mp l e s i n t h e l i t e r a t u r e l e a d s u s t o f a v o r t h e m u c h s i mp l e r u p t a k eb l o c k a d e h y p o t h e s i s .

I mp l i c a t i o n s f o r Ma mma l i a n S t u d i e sT h e r e a r e s i mi l a r i t i e s b e t w e e n a c t i o n s o f L S D t h a t a r e r e p o r t e d t o o c c u ri n t h e ma mma l i a n c e n t r a l n e r v o u s s y s t e ms a n d a c t i o n s t h a t o c c u r a t t h el a t e r a l i n h i b i t o r y s y n a p s e i n L i mu l u s . ( a ) I n c a t ( s e e A g h a j a n i a n , 1 9 7 2 , f o rr e v i e w) a n d r a t ( A g h a j a n i a n e t a l . , 1 9 7 2 ) , L S D c a n " mi mi c " t h e i n h i b i t o r ye f f e c t s o f 5 - HT ; i n L i mu l u s , b o t h L S D a n d 5 - HT d e p r e s s t h e f i r i n g r a t e so f e c c e n t r i c c e l l s ( F i g s . 1 , 3 , a n d 4 ) . ( b ) I n c a t ( F o x a n d D r a y , 1 9 7 9 ) a n dg u i n e a p i g ( K a wa i a n d Y a ma mo t o , 1 9 6 9 ) , L S D c a n a n t a g o n i z e t h e i n h i b -i t o r y e f f e c t s o f i o n t o p h o r e s e d o r s y n a p t i c a l l y r e l e a s e d 5 - HT ; i n L i mu l u s ,L S D s u p p r e s s e s 5 - H T - i n d u c e d o r s y n a p t i c a l l y me d i a t e d i n h i b i t i o n ( F i g s .5 a n d 6 ) . ( c ) I n c a t ( F o x a n d D r a y , 1 9 7 9 ) a n d g u i n e a p i g ( K a w a i a n dY a ma mo t o , 1 9 6 9 ) , L S D c a n " f a c i l i t a t e " o r e n h a n c e 5 - HT i n h i b i t i o n ; i nL i mu l u s , L S D e n h a n c e s l a t e r a l i n h i b i t i o n ( F i g s . 5 a n d 6 ) . ( d ) I n c a t ( F o xa n d D r a y , 1 9 7 9 ) a n d g u i n e a p i g ( K a w a i a n d Y a ma mo t o , 1 9 6 9 ) , t h ee n h a n c e m e n t o f i n h i b i t i o n o c c u r s a t l o w e r c o n c e n t r a t i o n s o f L S D a n d t h e



21/23

K A S S E T A L . P r e s y n a p t i c L S D A c t i o n i n L i mu l u s 2 6 5s u p p r e s s i o n o f i n h i b i t i o n o c c u r s a t h i g h e r o n e s ; a t t h e l a t e r a l i n h i b i t o r ys y n a p s e i n L i mu l u s , a n a l o g o u s c o n c e n t r a t i o n - d e p e n d e n t a c t i o n s o c c u r( F i g s . 5 a n d 6 ) . M a n y o t h e r f i n d i n g s c o n c e r n i n g L S D ' s i n t e r a c t i o n s a t 5 -H T r e c e p t o r s i n t h e ma mma l i a n b r a i n a r e a l s o c o n s i s t e n t w i t h a h y p o t h e s i sf o r L S D a c t i o n i n L i mu l u s b a s e d u p o n p r e s y n a p t i c u p t a k e b l o c k a d e o f 5 -H T ( K a s s e t a l . , 1 9 7 9 , 1 9 8 0 ; K a s s , 1 9 8 1 ) . I n v i e w o f t h e s e s i mi l a r i t i e s ,f u r t h e r p h y s i o l o g i c a l a n d n e u r o c h e mi c a l e x p e r i me n t s d i r e c t e d t o w a r de v a l u a t i n g p o s s i b l e p r e s y n a p t i c m o d e s o f a c t i o n o f L S D i n ma mma l i a nc e n t r a l n e r v o u s s y s t e ms mi g h t a t t h i s p o i n t b e f r u i t f u l .T h e a u t h o r s t h a n k J . P e l l e t i e r f o r e d i t o r i a l c o mme n t s , S . S p i n k s a n d T . Mc I n n e s f o r a r t -wo r k a n d p h o t o g r a p h y , a n d D r s . J . C o n n o r , T . E b r e y , W . G r e e n o u g h , E . H o c k m a n , E .Newm a n , A . N e u f e l d , a n d C . L . P r o s s e r a n d o u r r e v i e we r s f o r h e l p f u l s u g ge s t i o n s .T h i s wo r k wa s s u p p o r t e d b y N a t i o n a l I n s t i t u t e s o f He a l t h g r a n t s E Y 0 1 7 0 3 a n d EY0 2 4 9 1 ,N a t i o n a l S c i e n c e F o u n d a t i o n g r a n t B NS 7 8 2 4 1 6 2 , a n d b y a N a t i o n a l I n s t i t u t e s o f He a l t hf e l l o w s h i p t o L . K . M u c h o f t h e r e s e a r c h r e p o r t e d h e r e i n wa s p r e s e n t e d t o t h e f a c u l t y o ft h e d e p a r t me n t o f p h y s i o l o g y o f t h e Un i v e r s i t y o f I l l i n o i s , i n p a r t i a l f u l f i l l me n t o f t h er e q u i r e me n t s f o r L . K . ' s Ph . D . d e g r e e .Re c e i v e d f o r p u b l i c a t i o n 2 0 J a n u a r y 1 9 8 3 a n d i n r e v i s e d f o r m 2 3 Ma y 1 9 8 3 .

REFERENCESA d o l p h , A . R . 1 9 7 6 . Pu t a t i v e s y n a p t i c me c h a n i s ms o f i n h i b i t i o n i n L i mu l u s l a t e r a l e y e . J .

Ge n . Ph y s i o l . 6 7 : 4 1 7 - 4 3 1 .A d o l p h , A . R . , a n d B . E h i n g e r . 1 9 7 5 . I n d o l e a mi n e s a n d t h e e c c e n t r i c c e l l s o f t h e L i mu l u sl a t e r a l e y e . Ce l l T i s s . Re s . 1 6 3 : 1 - 1 4 .A d o l p h , A . R . , a n d L . K a s s . 1 9 7 9 . S p e c i f i c i t y o f s e r o t o n i n e r g i c i n h i b i t i o n i n L i mu l u sl a t e r a l e y e . J . Ge n . P hy s i o l . 7 4 : 5 4 9 - 5 6 3 .A d o l p h , A . R . , a n d F . J . T u a n . 1 9 7 2 . S e r o t o n i n a n d i n h i b i t i o n i n L i mu l u s l a t e r a l e y e . J .Ge n . Ph y s i o l . 6 0 : 6 7 9 - 6 9 7 .A g h a j a n i a n , G . K . 1 9 7 2 . L SD a n d CNS t r a n s mi s s i o n . A n n u . Re v . P h a r m a c o l . 1 2 : 1 5 7 - 1 6 8 .A g h a j a n i a n , G . K . , H . J . H a i g l e r , a n d J . L . B e n n e t t . 1 9 7 5 . A mi n e r e c e p t o r s i n t h e CNS .I I I . 5 - H y d r o x y t r y p t a mi n e i n b r a i n . I n H a n d b o o k o f P s y c h o p h a r ma c o l o g y . L . L . I v e r s e n ,S . D . I v e r s e n , a n d S . H . S y n d e r , e d i t o r s . P l e n um P r e s s . 6 : 6 3 - 9 6 .A g h a j a n i a n , G . K . , H . J . H a i g l e r , a n d F . E . B l o o m . 1 9 7 2 . L y s e r g i c a c i d d i e t h y l a mi d e a n dd i r e c t a c t i o n s o n s e r o t o n i n - c o n t a i n i n g n e u r o n s . L i f e S c i . P a r t L Ph y s i o l . P h a r ma c o l .1 1 : 6 1 5 - 6 2 2 .B a r l o w, R . B . , J r . 1 9 6 9 . I n h i b i t o r y f i e l d s i n t h e L i mu l u s l a t e r a l e y e . J . Ge n . Ph y s i o l . 5 4 : 3 8 3 -3 9 6 .B a r l o w, R . B . , J r . 1 9 8 3 . C i r c a d i a n r h y t h m s i n t h e L i mu l u s v i s u a l s y s t e m . J . N e u r o s c i . 3 :8 5 6 - 8 7 0 .B a r l o w, R . B . , J r . , S . J . B o l a n o w s k i , J r . , a n d M . L . B r a c h ma n . 1 9 7 7 . E f f e r e n t o p t i c n e r v ef i b e r s me d i a t e c i r c a d i a n r h y t h ms i n t h e L i mu l u s e y e . S c i e n c e ( Wa s h . DC ) . 1 9 7 : 8 6 - 8 9 .B a r l o w, R . B . , J r . , a n d S . C . Ch a mb e r l a i n . 1 9 8 0 . L i g h t a n d a c i r c a d i a n c l o c k mo d u l a t es t r u c t u r e a n d f u n c t i o n i n L i mu l u s p h o t o r e c e p t o r s . I n T h e E f f e c t s o f Co n s t a n t L i g h t o nV i s u a l P r o c e s s e s . T . P . Wi l l i a ms a n d B . N . B a k e r , e d i t o r s . P l e n um P r e s s , Ne w Y o r k .2 4 7 - 2 6 9 .B a r l o w, R . B . , J r . , S . C . Ch a mb e r l a i n , a n d J . Z . L e v i n s o n . 1 9 8 0 . L i mu l u s b r a i n mo d u l a t e ss t r u c t u r e a n d f u n c t i o n o f t h e l a t e r a l e y e . S c i e n ce ( Wa s h . DC ) . 2 1 0 : 1 0 3 7 - 1 0 3 9 .



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2 6 6 T H E J O UR NA L OF G E N E R A L P H Y SI O L OG Y " VO L UM E 8 2 - 1 9 8 3B a t t e l l e , B . - A . 1 9 8 0 . Ne u r o t r a n s mi t t e r c a n d i d a t e s i n t h e v i s u a l s y s t e m o f L i mu l u s p o l y p h e -

mu s : s y n t h e s i s a n d d i s t r i b u t i o n o f o c t o p a mi n e . V i s i o n R e s . 2 0 : 9 1 1 - 9 2 2 .B a t t e l l e , B . - A . , J . A . E v a n s , a n d S . C . Ch a mb e r l a i n . 1 9 8 2 . E f f e r e n t f i b e r s t o L i mu l u s e y e ss y n t h e s i z e a n d r e l e a s e o c t o p a mi n e . Sc i e n c e ( Wa s h . DC ) . 2 1 6 : 1 2 5 0 - 1 2 5 2 .B e h r e n s , M . , a n d V . J . Wu l f f . 1 9 7 0 . N e u r o p h a r ma c o l o g i c a l mo d i f i c a t i o n o f r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c s o f s e n s e c e l l s i n t h e L i mu l u s l a t e r a l e y e . V i s i o n Re s . 1 0 : 6 7 9 - 6 8 9 .Ca r l s s o n , A . 1 9 7 0 . S t r u c t u r a l s p e c i f i c i t y f o r i n h i b i t i o n o f ( " C ) - 5 - h y d r o x y t r y p t a mi n eu p t a k e b y c e r e b r a l s l i c e s . J . P h a r m . P h a r ma c o l . 2 2 : 7 2 9 - 7 3 2 .C o o p e r , J . R . , F . E . B l o o m, a n d R . H . R o t h . 1 9 7 4 . T h e B i o c h e mi c a l B a s i s o f N e u r o p h a r -ma c o l o g y . Ox f o r d U n i v e r s i t y P r e s s , N e w Y o r k . 2 7 2 p p .F a h r e n b a c h , W . H . 1 9 8 1 . T h e mo r p h o l o g y o f t h e L i mu l u s v i s u a l s y s t e m . V I I . I n n e r v a t i o no f p h o t o r e c e p t o r n e u r o n s b y n e u r o s e c r e t o r y e f f e r e n t s . C e l l T i s s . Re s . 2 1 6

leonard kass et al- presynaptic uptake blockade hypothesis for lsd action at the lateral inhibitory...

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