Abstract Background Cancer-associated fibroblasts (CAFs) play a significant role in fueling prostate cancer (PCa) progression by interacting with tumor cells. A previous gene expression analysis revealed that CAFs up-regulate genes coding for voltage-gated cation channels, as compared to normal prostate fibroblasts (NPFs). In this study, we explored the impact of antiarrhythmic drugs, known cation channel inhibitors, on the activated state of CAFs and their interaction with PCa cells. Methods The effect of antiarrhythmic treatment on CAF activated phenotype was assessed in terms of cell morphology and fibroblast activation markers. CAF contractility and migration were evaluated by 3D gel collagen contraction and scratch assays, respectively. The ability of antiarrhythmics to impair CAF-PCa cell interplay was investigated in CAF-PCa cell co-cultures by assessing tumor cell growth and expression of epithelial-to-mesenchymal transition (EMT) markers. The effect on in vivo tumor growth was assessed by subcutaneously injecting PCa cells in SCID mice and intratumorally administering the medium of antiarrhythmic-treated CAFs or in co-injection experiments, where antiarrhythmic-treated CAFs were co-injected with PCa cells. Results Activated fibroblasts show increased membrane conductance for potassium, sodium and calcium, consistently with the mRNA and protein content analysis. Antiarrhythmics modulate the expression of fibroblast activation markers. Although to a variable extent, these drugs also reduce CAF motility and hinder their ability to remodel the extracellular matrix, for example by reducing MMP-2 release. Furthermore, conditioned medium and co-culture experiments showed that antiarrhythmics can, at least in part, reverse the protumor effects exerted by CAFs on PCa cell growth and plasticity, both in androgen-sensitive and castration-resistant cell lines. Consistently, the transcriptome of antiarrhythmic-treated CAFs resembles that of tumor-suppressive NPFs. In vivo experiments confirmed that the conditioned medium or the direct coinjection of antiarrhythmic-treated CAFs reduced the tumor growth rate of PCa xenografts. Conclusions Collectively, such data suggest a new therapeutic strategy for PCa based on the repositioning of antiarrhythmic drugs with the aim of normalizing CAF phenotype and creating a less permissive tumor microenvironment.

ABSTRACT Patients with Fragile X syndrome, the leading monogenetic cause of autism, suffer from impairments related to the prefrontal cortex including working memory and attention. Synaptic inputs to the distal dendrites of layer 5 pyramidal neurons in the prefrontal cortex have a weak influence on the somatic membrane potential. To overcome this filtering, distal inputs are transformed into local dendritic Na + spikes, which propagate to the soma and trigger action potential output. Layer 5 extratelencephalic (ET) PFC neurons project to the brainstem and various thalamic nuclei and are therefore well positioned to integrate task-relevant sensory signals and guide motor actions. We used current clamp and outside-out patch clamp recording to investigate dendritic spike generation in ET neurons from male wild type and Fmr1 knockout (FX) mice. The threshold for dendritic spikes was more depolarized in FX neurons compared to wild type. Analysis of voltage responses to simulated in vivo “noisy” current injections showed that a larger dendritic input stimulus was required to elicit dendritic spikes in FX ET dendrites compared wild type. Patch clamp recordings revealed that the dendritic Na + conductance was significantly smaller in FX ET dendrites. Taken together, our results suggest that input-output transformation is impaired in ET neurons of the PFC in FX mice. Considering our prior findings that somatic D-type K + and dendritic HCN-channel function is reduced in ET neurons, we suggest that the integration of information by PFC circuits is fundamentally altered in Fragile X syndrome. KEY POINTS Dendritic spike threshold is depolarized in Layer 5 PFC neurons in FX mice Simultaneous somatic and dendritic recording with white noise current injections revealed that larger dendritic stimuli were required to elicit dendritic spikes in FX ET neurons Outside-out patch clamp recording revealed that dendritic sodium conductance density was lower in FX ET neurons

SUMMARY The apical dendrites of layer (L) 2/3 pyramidal neurons in the mouse somatosensory cortex integrate synaptic input from long-range projections. Among those, inputs from the higher-order thalamic posteromedial nucleus may facilitate sensory-evoked cortical activity, but it remains elusive how this role emerges. Here we show using ex vivo dendritic recordings that these projections provide dense synaptic input to broad tufted neurons residing predominantly in L2 and cooperate with other inputs to produce NMDA spikes. They have the unique capacity to block two-pore domain potassium leak channels via group 1 metabotropic glutamate receptor (mGluRI) signaling, which increases excitability. Slender tufted L2/3 neurons and other long-range projections fail to invoke these mechanisms. In vivo imaging of calcium signals confirms the presence of mGluRI-dependent modulation of feedback-mediated spiking in L2. Our results imply that higher-order thalamocortical projections regulate neuronal excitability in a cell type and input-selective manner through fast NMDAR and mGluRI-dependent mechanisms.

Abstract Unlike synaptic strength, intrinsic excitability is assumed to be a stable property of neurons. For example, learning of somatic conductances is generally not incorporated into computational models, and the discharge pattern of neurons in response to test stimuli is frequently used as a basis for phenotypic classification. However, it is increasingly evident that signal processing properties of neurons are more generally plastic on the timescale of minutes. Here we demonstrate that the intrinsic firing patterns of CA3 neurons of the rat hippocampus in vitro undergo rapid long-term plasticity in response to a few minutes of only subthreshold synaptic conditioning. This plasticity on the spike-timing could also be induced by intrasomatic injection of subthreshold depolarizing pulses and was blocked by kinase inhibitors, indicating that discharge dynamics are modulated locally. Cluster analysis of firing patterns before and after conditioning revealed systematic transitions towards adapting and intrinsic burst behaviours, irrespective of the patterns initially exhibited by the cells. We used a conductance-based model to decide appropriate pharmacological blockade, and found that the observed transitions are likely due to recruitment of calcium and M-type potassium conductances. We conclude that CA3 neurons adapt their conductance profile to the subthreshold activity of their input, so that their intrinsic firing pattern is not a static signature, but rather a reflection of their history of subthreshold activity. In this way, recurrent output from CA3 neurons may collectively shape the temporal dynamics of their embedding circuits. New & Noteworthy Despite being widely conserved across the animal phyla, it is still a mystery why nerve cells present diverse discharge dynamics upon somatic step currents. Adding a new timing dimension to the intrinsic plasticity literature, here we show that CA3 neurons rapidly adapt through the space of known firing patterns in response to the subthreshold signals that they receive from their embedding circuit. This result implies that CA3 neurons collectively adjust their network processing to the temporal statistics of their circuit.

Therapeutic drugs, whose bioactivity is hindered by a photoremovable cage, offer the advantage of spatiotemporal confinement of their action to the target diseased tissue with improved bioavailability and efficacy. Here, we have applied such an approach to ivabradine (IVA), a bradycardic agent indicated for angina pectoris and heart failure, acting as a specific HCN channel blocker. To overcome the side effects due to its poor discrimination among HCN channel subtypes (HCN1-4), we prepared a caged version of IVA linked to a photocleavable bromoquinolinylmethyl group (BHQ-IVA). We show that upon illumination with blue light (440 nm), BHQ-IVA releases active IVA that blocks HCN channel currents