miRNAs as therapeutic agents in neurodegeneration, a pilot study

L’échec des différents essais cliniques souligne la nécessité de développer des nouvelles thérapies pour la maladie d’Alzheimer (MA), la cause la plus commune de démence. Les microARNs (miARNs) sont les ARNs non-codants les plus étudiés et ils jouent un rôle important dans la modulation de l’expression des gènes et de multiples voies de signalisation. Des études antérieures, dont celles de mon laboratoire d’accueil, ont permis de développer l’hypothèse que certains membres de la famille miR-15/107 (c.-à-d. miR-15ab, miR-16, miR-195, miR-424, and miR-497) pourraient être utilisés comme agents thérapeutiques dans MA. En effet, cette famille avait le potentiel de réguler de multiples gènes associés à MA, tels que la protéine précurseur de l’amyloïde (APP), la β-secrétase (BACE1), et la protéine Tau. Tel que démontré dans ce projet de thèse, j’ai choisi miR-16 comme cible thérapeutique potentielle pour MA parmi tous les membres de la famille. L’essai luciférase dans ce projet confirme que miR-16 peut réguler simultanément APP et BACE1, directement par une interaction avec la région non-codante en 3’ de l’ARNm). Notamment, nous observons aussi une réduction de la production des peptides amyloïdes et de la phosphorylation de Tau après une augmentation de miR-16 en cellule. J’ai ensuite validé mes résultats in vivo dans la souris en utilisant une méthode de livraison de miR-16 via une pompe osmotique implanté dans le cerveau. Dans ce cas, l’expression des protéines d’intérêts (APP, BACE1, Tau) a été mesurée par immunobuvardage et PCR à temps réel. Après validation, ces résultats ont été complémentés par une étude protéomique (iTRAQ) du tronc cérébral et de l’hippocampe, deux régions associées à la maladie. Ces données m’ont permis d’identifier d’autres protéines régulées par miR-16 in vivo, incluant α-Synucléine, Transferrine receptor1, et SRm300. Une autre observation intéressante : les voies régulées par miR-16 in vivo sont directement en lien avec le stress oxydatif et la neurodégénération. En résumé, ce travail démontre l’efficacité et la faisabilité d’utiliser un miARN comme outil thérapeutique pour la maladie d’Alzheimer. Ces résultats rentrent dans un cadre plus vaste de découvrir de nouvelles cibles pour MA, et en particulier la forme sporadique de la maladie qui représente plus de 95% de tous les cas. Évidemment, la découverte d’une molécule pouvant cibler simultanément les deux pathologies de la maladie (plaques amyloïdes et hyper phosphorylation de tau) est nouvelle et intéressante, et ce domaine de recherche ouvre la porte aux autres petits ARNs non-codants dans MA et les maladies neurodégénératives connexes.

Agrandissement des feuillets mitraux en insuffisance aortique : un mécanisme actif pouvant prévenir l’insuffisance mitrale dans le ventricule dilaté

L’insuffisance mitrale (IM) fonctionnelle est une complication fréquente des cardiopathies, causée par la dilatation du ventricule gauche (VG) qui empêche la valve de se fermer. L’insuffisance aortique (IA) est une condition associée à des valves mitrales (VM) inhabituellement grandes, et relativement peu d’IM malgré des VG très dilatés. Cet élargissement de la VM a le potentiel de prévenir l’IM dans les VG dilatés. Les mécanismes sont cependant peu compris : il n’est pas clair s’il s’agit d’une croissance active ou d’un étirement passif des feuillets. Également, le timing de l’adaptation valvulaire n’est pas connu. Notre hypothèse est que l’agrandissement de la valve mitrale en IA est un phénomène actif avec réactivation des mécanismes de croissance embryonnaire. Cent-onze rats ont été divisés en deux groupes : IA (perforation aortique) et contrôle. Les animaux ont été sacrifiés à 48 h, 1 semaine et 3 mois après la création du modèle. Des échocardiographies ont évalué la sévérité de l’IA, la présence d’IM et les dimensions du VG. Les valves ont été prélevées pour analyses microscopiques et moléculaires. La création de l’insuffisance aortique a entrainé une dilatation et une hypertrophie du VG. Malgré cette dilatation rapide du VG, aucun animal n’a développé de l’IM fonctionnelle. À l’échographie, le feuillet antérieur mitral était significativement plus long dans les groupes IA. Par microscopie, les feuillets étaient plus épais dés la première semaine. L’IA était associée à une surexpression de collagène α-SMA (un marqueur de myofibroblastes), TGF-β1 et MMP-2 dans le tissu valvulaire dès la première semaine. Les valves exposées à l’IA étaient également positives pour ces différents facteurs dés les premiers jours. L’agrandissement de la VM est un phénomène actif qui survient rapidement après la création de l’IA, en parallèle de la dilatation du VG. La stimulation de cette croissance dans d’autres pathologies pourrait contribuer à prévenir l’IM fonctionnelle.

Ventricular Standstill Following Intravenous Erythromycin and Borderline Hypokalemia

Ventricular standstill (VS) is a potentially fatal arrhythmia that is usually associated with syncope, if prolonged and is rarely asymptomatic[1]. Its mechanism involves either a lack of supraventricular impulse or an interruption in the transmission of these signals from the atria to the ventricles, resulting in a sudden loss of cardiac output[2]. Although rare, ventricular arrhythmias have been associated with intravenous (IV) erythromycin. However, to our knowledge, VS has not been reported following the administration of IV erythromycin. The Authors describe a rare case of asymptomatic VS and subsequent third-degree atrioventricular block, following the administration of IV erythromycin in a 49-year-old woman with borderline hypokalemia. Through this case, the Authors highlight the importance of cardiac monitoring and electrolyte replacement when administering IV erythromycin, as well as discuss several other mechanisms that contribute to ventricular arrhythmias.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Large national series of patients with Xq28 duplication involving MECP2: Delineation of brain MRI abnormalities in 30 affected patients.

Xq28 duplications encompassing MECP2 have been described in male patients with a severe neurodevelopmental disorder associated with hypotonia and spasticity, severe learning disability, stereotyped movements, and recurrent pulmonary infections. We report on standardized brain magnetic resonance imaging (MRI) data of 30 affected patients carrying an Xq28 duplication involving MECP2 of various sizes (228 kb to 11.7 Mb). The aim of this study was to seek recurrent malformations and attempt to determine whether variations in imaging features could be explained by differences in the size of the duplications. We showed that 93% of patients had brain MRI abnormalities such as corpus callosum abnormalities (n = 20), reduced volume of the white matter (WM) (n = 12), ventricular dilatation (n = 9), abnormal increased hyperintensities on T2-weighted images involving posterior periventricular WM (n = 6), and vermis hypoplasia (n = 5). The occipitofrontal circumference varied considerably between >+2SD in five patients and <-2SD in four patients. Among the nine patients with dilatation of the lateral ventricles, six had a duplication involving L1CAM. The only patient harboring bilateral posterior subependymal nodular heterotopia also carried an FLNA gene duplication. We could not demonstrate a correlation between periventricular WM hyperintensities/delayed myelination and duplication of the IKBKG gene. We thus conclude that patients with an Xq28 duplication involving MECP2 share some similar but non-specific brain abnormalities. These imaging features, therefore, could not constitute a diagnostic clue. The genotype-phenotype correlation failed to demonstrate a relationship between the presence of nodular heterotopia, ventricular dilatation, WM abnormalities, and the presence of FLNA, L1CAM, or IKBKG, respectively, in the duplicated segment.

Characterization of the behavioural phenotype of calpain-knockout mice

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Noncompaction in Healthy Subjects, Dilated and Hypertrophic Cardiomyopathy, and Neuromuscular Disorders Is the Same Entity

With interest we read the article by Khosroshahi et al. about a novel method for quantification of left ventricular hypertrabeculation/noncompaction (LVHT) using two-dimensional echocardiography in children (1). We appreciate their efforts to contribute to an improvement and unification of echocardiographic diagnostic criteria for LVHT, which is urgently needed. Concerning their proposed method, we have the following questions and concerns:

Noncompaction in Healthy Subjects, Dilated and Hypertrophic Cardiomyopathy, and Neuromuscular Disorders Is the Same Entity

With interest we read the article by Khosroshahi et al. about a novel method for quantification of left ventricular hypertrabeculation/noncompaction (LVHT) using two-dimensional echocardiography in children (1). We appreciate their efforts to contribute to an improvement and unification of echocardiographic diagnostic criteria for LVHT, which is urgently needed. Concerning their proposed method, we have the following questions and concerns:

Attention Deficit Hyperactivity Disorder in a Patient With Congenital Mirror Movement Disorder and Colpocephaly

Introduction: Congenital mirror movement disorder designates involuntary movements on one side of the body that occur as mirror of the intentional movements on the contralateral side. Colpocephaly is described as persistence of fetal configuration of lateral ventricles. Case Presentation: A two-month old male infant was brought to the hospital due to bilateral identical movements of the hands. Except for bilateral involuntary synkinetic imitative movements in hands, neurological and physical examination was normal. Cranial MRI showed corpus callosum dysgenesis, hypogenesis and dilation of bilateral lateral ventricular posterior horns (colpocephaly). At the age of 7 years, he was started to use metylphenydate to mitigate attention deficit and hyperactivity disorder. The mirror movements were decreasing in amplitude by years and were not so serious to affect normal life activities. Conclusions: Mirror movements, diagnosed usually during childhood, may be congenital or secondary to neurological diseases. Although they generally do not affect normal life activities, in some cases severity of mirror movements causes a real debilitating disease. In our case the patient was diagnosed at the age of 2 months and on follow-up no debilitating problems were observed. This is the first case to describe the association of colpocephaly and mirror movements. The exact mechanism of this association is not known. Although it is known that mirror movements may be in relation with some pychiatric pathologies, this is the first report of attention deficit and hyperactivity disorder in conjunction with mirror movements and/or colpocephaly. Managing comorbidities, either physical or psyhchological, will help the patient to live in good health without trying to cope with other pathological diseases.

Analyzing systolic-diastolic interval interaction characteristics in diabetic cardiac autonomic neuropathy progression

Cardiac autonomic neuropathy (CAN), one of the major complications in diabetes, if detected at the subclinical stage allows for effective treatment and avoiding further complication including cardiovascular pathology. Surface ECG (Electrocardiogram)-based diagnosis of CAN is useful to overcome the limitation of existing cardiovascular autonomic reflex tests traditionally used for CAN identification in clinical settings. The aim of this paper is to analyze the changes in the mechanical function of the ventricles in terms of systolic-diastolic interval interaction (SDI) from a surface ECG to assess the severity of CAN progression [no CAN, early CAN (ECAN) or subclinical CAN, and definite CAN (DCAN) or clinical CAN]. ECG signals recorded in supine resting condition from 72 diabetic subjects without CAN (CAN-) and 70 diabetic subjects with CAN were analyzed in this paper. The severity of CAN was determined by Ewing's Cardiovascular autonomic reflex tests. Fifty-five subjects of the CAN group had ECAN and 15 subjects had DCAN. In this paper, we propose an improved version of the SDI parameter (i.e., TQ/RR interval ratio) measured from the electrical diastolic interval (i.e., TQ interval) and the heart rate interval (i.e., RR interval). The performance of the proposed SDI measure was compared with the performance of the existing SDI measure (i.e., QT/TQ interval ratio). The proposed SDI parameter showed significant differences among three groups (no CAN, ECAN, and DCAN). In addition, the proposed SDI parameter was found to be more sensitive in detecting CAN progression than other ECG interval-based features traditionally used for CAN diagnosis. The modified SDI parameter might be used as an alternative measure for the Ewing autonomic reflex tests to identify CAN progression for those subjects who are unable to perform the traditional tests. These findings could also complement the echocardiographic findings of the left ventricular diastolic dysfunction by providing additional information about alteration in systolic and diastolic intervals in heart failure.

Effects of fibrosis morphology on reentrant ventricular tachycardia inducibility and simulation fidelity in patient-derived models

Myocardial fibrosis detected via delayed-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) has been shown to be a strong indicator for ventricular tachycardia (VT) inducibility. However, little is known regarding how inducibility is affected by the details of the fibrosis extent, morphology, and border zone configuration. The objective of this article is to systematically study the arrhythmogenic effects of fibrosis geometry and extent, specifically on VT inducibility and maintenance. We present a set of methods for constructing patient-specific computational models of human ventricles using in vivo MRI data for patients suffering from hypertension, hypercholesterolemia, and chronic myocardial infarction. Additional synthesized models with morphologically varied extents of fibrosis and gray zone (GZ) distribution were derived to study the alterations in the arrhythmia induction and reentry patterns. Detailed electrophysiological simulations demonstrated that (1) VT morphology was highly dependent on the extent of fibrosis, which acts as a structural substrate, (2) reentry tended to be anchored to the fibrosis edges and showed transmural conduction of activations through narrow channels formed within fibrosis, and (3) increasing the extent of GZ within fibrosis tended to destabilize the structural reentry sites and aggravate the VT as compared to fibrotic regions of the same size and shape but with lower or no GZ. The approach and findings represent a significant step toward patient-specific cardiac modeling as a reliable tool for VT prediction and management of the patient. Sensitivities to approximation nuances in the modeling of structural pathology by image-based reconstruction techniques are also implicated.