Conditional BDNF release under pathological conditions improves Huntington's disease pathology by delaying neuronal dysfunction

Background Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) is the main candidate for neuroprotective therapy for Huntington's disease (HD), but its conditional administration is one of its most challenging problems. Results Here we used transgenic mice that over-express BDNF under the control of the Glial Fibrillary Acidic Protein (GFAP) promoter (pGFAP-BDNF mice) to test whether up-regulation and release of BDNF, dependent on astrogliosis, could be protective in HD. Thus, we cross-mated pGFAP-BDNF mice with R6/2 mice to generate a double-mutant mouse with mutant huntingtin protein and with a conditional over-expression of BDNF, only under pathological conditions. In these R6/2:pGFAP-BDNF animals, the decrease in striatal BDNF levels induced by mutant huntingtin was prevented in comparison to R6/2 animals at 12 weeks of age. The recovery of the neurotrophin levels in R6/2:pGFAP-BDNF mice correlated with an improvement in several motor coordination tasks and with a significant delay in anxiety and clasping alterations. Therefore, we next examined a possible improvement in cortico-striatal connectivity in R62:pGFAP-BDNF mice. Interestingly, we found that the over-expression of BDNF prevented the decrease of cortico-striatal presynaptic (VGLUT1) and postsynaptic (PSD-95) markers in the R6/2:pGFAP-BDNF striatum. Electrophysiological studies also showed that basal synaptic transmission and synaptic fatigue both improved in R6/2:pGAP-BDNF mice. Conclusions These results indicate that the conditional administration of BDNF under the GFAP promoter could become a therapeutic strategy for HD due to its positive effects on synaptic plasticity.

Organització nuclear dels gens que codifiquen per a les proteïnes làcties en cèlules epitelials mamàries en diferents estadis de desenvolupament

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), a França, entre 2006 i 2008. En el ultims anys, estudis realitzats en diferents tipus cel•lulars han pogut determinar l’importància de l’organització nuclear en el control i regulació gènica. S’han realizat diferents experiments per tal de determinar si la posició dels gens de les proteïnes làcties en el nucli interfàsic de cel•lules epitelials mamaries és important per regular la seva expressió. Els gens de les proteïnes de la llet s’expressen a la glàndula mamaria durant la lactació en resposta a les hormones lactogèniques (majoritàriament prolactina i glucocorticoids). Mitjançant la tècnica de FISH (fluorescent in situ hibridization) en 3D s’ha caracteritzat la localització nuclear del gens WAP (whey acidic protein) i les caseïnes en cèl•lules epitelials mamaries de ratolí (HC11) cultivades en l’absència i presencia d’hormones lactogèniques. En absència d’hormones, els dos gens estan distribuïts dins del nucli de forma no aleatòria, el gen WAP es troba localitzat en l’interior del nucli, mentre que les caseïnes es troben localitzades prop de la perifèria nuclear. L’estimulació hormonal indueix un canvi significatiu en la distància dels dos gens a la perifèria nuclear. Així mateix, la posició del locus de la caseïna en relació al seu territori cromosòmic (CT) 5 està correlacionada amb la inducció hormonal i per tant amb la seva activació transcripcional, mentre que la posició del gen WAP amb relació al seu CT11 sembla més determinada pel context cromosòmic del gen. Per últim, no s’han trobat diferencies en la localització dels gens en relació a l'heterocromatina del centròmer, descrit com a compartiment repressiu, entre les cèl•lules estimulades amb hormones i les que no. En els dos casos s’ha trobat un gran percentatge de gens que no estan associats als centròmers.

Pro-inflammatory gene expression and neurotoxic effects of activated microglia are attenuated by absence of CCAAT/enhancer binding protein beta

Background. Microglia and astrocytes respond to homeostatic disturbances with profound changes of gene expression. This response, known as glial activation or neuroinflammation, can be detrimental to the surrounding tissue. The transcription factor CCAAT/enhancer binding protein ß (C/EBPß) is an important regulator of gene expression in inflammation but little is known about its involvement in glial activation. To explore the functional role of C/EBPß in glial activation we have analyzed pro-inflammatory gene expression and neurotoxicity in murine wild type and C/EBPß-null glial cultures. Methods. Due to fertility and mortality problems associated with the C/EBPß-null genotype we developed a protocol to prepare mixed glial cultures from cerebral cortex of a single mouse embryo with high yield. Wild-type and C/EBPß-null glial cultures were compared in terms of total cell density by Hoechst-33258 staining; microglial content by CD11b immunocytochemistry; astroglial content by GFAP western blot; gene expression by quantitative real-time PCR, western blot, immunocytochemistry and Griess reaction; and microglial neurotoxicity by estimating MAP2 content in neuronal/microglial cocultures. C/EBPß DNA binding activity was evaluated by electrophoretic mobility shift assay and quantitative chromatin immunoprecipitation. Results. C/EBPß mRNA and protein levels, as well as DNA binding, were increased in glial cultures by treatment with lipopolysaccharide (LPS) or LPS + interferon ¿ (IFN¿). Quantitative chromatin immunoprecipitation showed binding of C/EBPß to pro-inflammatory gene promoters in glial activation in a stimulus- and gene-dependent manner. In agreement with these results, LPS and LPS+IFN¿ induced different transcriptional patterns between pro-inflammatory cytokines and NO synthase-2 genes. Furthermore, the expressions of IL-1ß and NO synthase-2, and consequent NO production, were reduced in the absence of C/EBPß. In addition, neurotoxicity elicited by LPS+IFN¿-treated microglia co-cultured with neurons was completely abolished by the absence of C/EBPß in microglia.

Extrasynaptic neurotransmission in the modulation of brain function. Focus on the striatal neuronal glial networks

Extrasynaptic neurotransmission is an important short distance form of volume transmission (VT) and describes the extracellular diffusion of transmitters and modulators after synaptic spillover or extrasynaptic release in the local circuit regions binding to and activating mainly extrasynaptic neuronal and glial receptors in the neuroglial networks of the brain. Receptor-receptor interactions in G protein-coupled receptor (GPCR) heteromers play a major role, on dendritic spines and nerve terminals including glutamate synapses, in the integrative processes of the extrasynaptic signaling. Heteromeric complexes between GPCR and ion-channel receptors play a special role in the integration of the synaptic and extrasynaptic signals. Changes in extracellular concentrations of the classical synaptic neurotransmitters glutamate and GABA found with microdialysis is likely an expression of the activity of the neuron-astrocyte unit of the brain and can be used as an index of VT-mediated actions of these two neurotransmitters in the brain. Thus, the activity of neurons may be functionally linked to the activity of astrocytes, which may release glutamate and GABA to the extracellular space where extrasynaptic glutamate and GABA receptors do exist. Wiring transmission (WT) and VT are fundamental properties of all neurons of the CNS but the balance between WT and VT varies from one nerve cell population to the other. The focus is on the striatal cellular networks, and the WT and VT and their integration via receptor heteromers are described in the GABA projection neurons, the glutamate, dopamine, 5-hydroxytryptamine (5-HT) and histamine striatal afferents, the cholinergic interneurons, and different types of GABA interneurons. In addition, the role in these networks of VT signaling of the energy-dependent modulator adenosine and of endocannabinoids mainly formed in the striatal projection neurons will be underlined to understand the communication in the striatal cellular networks

Estudi de les alteracions en la capacitat neuroprotectora dels astròcits reactius en l'envelliment

En el periodo 2005-2008 hemos publicado tres artículos sobre las alteraciones de los astrocitos reactivos en el cerebro durante el envejecimiento. En el primer estudio, evaluamos la capacidad neuroprotectora de los astrocitos en un modelo experimental in vitro de envejecimiento. Los cambios en el estrés oxidativo, la captación del glutamato y la expresión proteica fueron evaluados en los astrocitos corticales de rata cultivados durante 10 y 90 días in vitro (DIV). Los astrocitos envejecidos tenían una capacidad reducida de mantener la supervivencia neuronal. Estos resultados indican que los astrocitos pueden perder parcialmente su capacidad neuroprotectora durante el envejecimiento. En el segundo estudio el factor neurotrófico derivado de la línea glial (GDNF) fue probado para observar sus efectos neurotróficos contra la atrofia neuronal que causa déficits cognitivos en la vejez. Las ratas envejecidas Fisher 344 con deficiencias en el laberinto de Morris recibieron inyecciones intrahippocampales de un vector lentiviral que codifica GDNF humano en los astrocitos o del mismo vector que codifica la proteína fluorescente verde humana como control. El GDNF secretado por los astrocitos mejoró la función de la neurona como se muestra por aumentos locales en la síntesis de los neurotransmisores acetilcolina, dopamina y serotonina. El aprendizaje espacial y la prueba de memoria demostraron un aumento significativo en las capacidades cognitivas debido a la exposición de GDNF, mientras que las ratas control mantuvieron sus resultados al nivel del azar. Estos resultados confirman el amplio espectro de la acción neurotrófica del GDNF y abre nuevas posibilidades de terapia génica para reducir la neurodegeneración asociada al envejecimiento. En el último estudio, examinamos cambios en la fosforilación de tau, el estrés oxidativo y la captación de glutamato en los cultivos primarios de astrocitos corticales de ratones neonatos de senescencia acelerada (SAMP8) y ratones resistentes a la senescencia (SAMR1). Nuestros resultados indican que las alteraciones en cultivos del astrocitos de los ratones SAMP8 son similares a las detectadas en cerebros enteros de los ratones SAMP8 de 1-5 meses de edad. Por otra parte, nuestros resultados sugieren que esta preparación in vitro es adecuada para estudiar en este modelo murino el envejecimiento temprano y sus procesos moleculares y celulares.