Com alimentar 70.000 milions de neurones

El cervell humà és un engranatge complex que consumeix la major part de l'energia del nostre cos

Sciatic and femoral nerve sensory neurones occupy different regions of the L4 dorsal root ganglion in the adult rat.

The topographical distribution of sciatic and femoral nerve sensory neuronal somata in the L4 dorsal root ganglion of the adult rat was mapped after retrograde tracing with one or two of the dyes Fast Blue, Fluoro-Gold, or Diamidino Yellow. The tracers were applied to the proximal transected end of either nerve alone, or from both nerves in the same animal using separate tracers. Three-dimensional reconstructions of the distribution of labelled neurones were made from serial sections of the L4 dorsal root ganglion which is the only ganglion that these two nerves share. The results showed that with little overlap, femoral nerve neurones distribute dorsally and rostrally whereas sciatic nerve neurones distribute medially and ventrally. This finding indicates the existence of a somatotopical organisation for the representation of different peripheral nerves in dorsal root ganglia of adult animals.

Eficàcia de la imitació, teràpia que activa les neurones mirall, en la rehabilitació de persones que han patit un ACV.

L’objectiu d’aquest projecte és avaluar l’eficàcia de la teràpia d’imitació, basada en l’activació de les neurones mirall, per augmentar la funcionalitat de l’extremitat superior parètica i millorar la qualitat de vida dels pacients que presenten un accident cerebrovascular a través d’un assaig clínic controlat aleatoritzat. Es crea un grup experimental ( teràpia imitació més teràpia fisioteràpia convencional) i un grup control ( teràpia fisioteràpia convencional) que duran a terme un tractament de 13 setmanes. Per a comprovar els resultats es realitzaran sis avaluacions ( primer dia, sis setmanes, tretze setmanes, sis mesos i al cap d’un any) a través de les següents escales: Medical Research Council (MRC) per la força, Action Research Arm test (ARAT) per la motricitat de la mà, l’índex de Barthel per al grau d’independència de les activitats bàsiques de la vida diària, l’índex de Lawton i Brody pel grau d’independència de les activitats instrumentals de la vida diària i el SF-36 per la qualitat de vida.

GSK-3 como posible diana terapéutica en la Enfermedad de Alzheimer: Un nuevo inhibidor de GSK-3 aumenta la densidad y rescata la pérdida de espinas dendríticas causada por Aβ en neuronas corticales primarias.

Un nou inhibidor del glicogen-sintetasa-cinasa-3 (GSK-3) tipus tiadiazolidona (TDZD) va demostrar recentment incrementar la supervivència neuronal i prevenir el dèficit de memòria en un ratolí doble-transgènic (APP-tau). Aquest benefici podria produirse per la prevenció de pèrdua d'espines dendrítiques associada a l'exposició a formes solubles oligomèrics del péptidoβ amiloide (Aβo). Estudiem l'efecte de Aβo i TDZD-8 en la densitat d'espines dendrítiques en neurones primàries corticals de ratolí. Trobem que TDZD-8 rescata la pèrdua d'espines dendrítiques mediada per l'exposició a Aβo. Aportem una evidència més de que GSK-3 podria ser una diana d'interès en el tractament de la EA.

Influence of the in vivo deregulation of the expression of ntrk3 (trkc) on cortical development of a murine model of panic/anxiety disorder

Alteracions durant el desenvolupament cerebral produirien canvis en la connectivitat neuronal i la bioquímica cel•lular que podrien resultar en una disfunció cognitiva i/o emocional, desembocant a trastorns psiquiàtrics. Les neurotrofines intervenen en els processos del neurodesenvolupament i en la funcionalitat del cervell adult i, conseqüentment, serien bons candidats com a factors de predisposició en diverses malalties mentals. S’ha suggerit la implicació del receptor de la neurotrofina 3, TrkC, en el trastorn de pànic. Nosaltres proposem que la sobreexpressió del gen NTRK3 (TrkC) és un mediador comú dels desencadenants genètics i ambientals d’aquest trastorn. Concretament, la seva desregulació podria produir canvis estructurals i funcionals a l’escorça cerebral dels pacients pel seu paper durant l’establiment dels circuïts corticals i la neuroplasticitat a l’adult, probablement esdevenint elements de predisposició a patir atacs de pànic. Els objectius principals d’aquest treball han estat: 1/determinar la contribució específica del gen NTRK3 a les alteracions de l’escorça cerebral observades en pacients, utilitzant un model murí modificat genèticament (TgNTRK3), i 2/analitzar l’impacte específic de la sobreexpressió de NTRK3 sobre la corticogènesi durant estadis embrionaris o postnatals estudiant la neurogènesi i la neuritogènesi. Els resultats indiquen que la sobreexpressió de NTRK3 als ratolins produeix una reducció del gruix de l’escorça frontal, recapitulant la hipofrontalitat dels pacients, que comportaria una menor inhibició dels nuclis subcorticals del sistema límbic com l’amígdala, i alteracions citoarquitectòniques a l’escorça prefrontal medial que recolzen la hipòtesi del seu mal funcionament. Tanmateix, els ratolins TgNTRK3 presenten canvis estructurals a l’escorça somatosensorial, suggerint que el processament de la informació sensorial podria estar alterat, el que encara no s’ha explorat en pacients. La sobreexpressió de NTRK3 també afecta la neuritogènesi en cultius primaris corticals i modifica la resposta de les neurones a l’estimulació amb neurotrofines. Per tant, el fenotip cortical adult dels TgNTRK3 podria dependre d’alteracions durant la corticogènesi.

Estratègies de teràpia gènica per a neuropatia diabètica

L'objectiu del projecte consisteix en desenvolupar estratègies de teràpia gènica per al tractament de la neuropatia diabètica. Per a la teràpia gènica és necessària la utilització de vectors per tal d'introduir el material genètic exogen en les cèl•lules diana. En aquest projecte s'utilitzen vectors derivats de virus adenoassociats i es fan estudis de tropisme de diferents serotips de vectors administrant-los per diferents vies. D’aquesta manera es pot escollir quin és el millor vector i la millor via d'administració per a cada cas, i en el cas d'aquest projecte, per a tractar les cèl•lules afectades en la neuropatia diabètica. La neuropatia diabètica és una complicació de la diabetis per a la qual no hi ha cap tractament. Afecta les cèl•lules del sistema nerviós perifèric (neurones sensorials, neurones motores i cèl•lules de Schwann) i és la causa la major part de les amputacions d'extremitats inferiors. En aquest projecte es pretén estudiar quines són les possibles causes del desenvolupament de la neuropatia diabètica analitzant canvis a nivell de l'expressió gènica en models de ratolins diabètics i també en els models in vitro dissenyats per al projecte. Posteriorment es vol proposar un tractament de teràpia gènica mitjançant els resultats dels estudis de tropisme dels vectors virals i dels estudis d'expressió gènica dels models de diabetis.

CAV2 vector gene transfer into central nervious System

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut de Génétique Moléculaire de Montpellier, França, entre 2010 i 2012. En aquest projecte s’ha avaluat les avantatges dels vectors adenovirals canins tipus 2 (CAV2) com a vectors de transferència gènica al sistema nerviós central (SNC) en un model primat no-humà i en un model caní del síndrome de Sly (mucopolisacaridosis tipus 7, MPS VII), malaltia monogènica que cursa amb neurodegeneració. En una primera part del projecte s’ha avaluat la biodistribució, l’eficàcia i la durada de l’expressió del transgen en un model primat no humà, (Microcebus murinus). Com ha vector s’ha utilitzat un CAV2 de primera generació que expressa la proteïna verda fluorescent (CAVGFP). Els resultats aportats en aquesta memòria demostren que en primats no humans, com en d’altres espècies testades anteriorment per l’equip de l’EJ Kremer, la injecció intracerebral de CAV2 resulta en una extensa transducció del SNC, siguent les neurones i els precursors neuronals les cèl•lules preferencialment transduïdes. Els vectors canins, servint-se de vesícules intracel•lulars són transportats, majoritàriament, des de les sinapsis cap al soma neuronal, aquest transport intracel•lular permet una extensa transducció del SNC a partir d’una única injecció intracerebral dels vectors virals. En una segona part d’aquest projecte s’ha avaluat l’ús terapèutic dels CAV2. S’ha injectat un vector helper-dependent que expressa el gen la b-glucuronidasa i el gen de la proteïna verda fluorescent (HD-RIGIE), en el SNC del model caní del síndrome de Sly (MPS VII). La biodistribució i la eficàcia terapèutica han estat avaluades. Els nivells d’activitat enzimàtica en animals malalts injectats amb el vector terapèutic va arribar a valors similars als dels animals no afectes. A més a més s’ha observat una reducció en la quantitat dels GAGs acumulats en les cèl•lules dels animals malalts tractats amb el vector terapèutic, demostrant la potencialitat terapèutica dels CAV2 per a malalties que afecten al SNC. Els resultats aportats en aquest treball ens permeten dir que els CAV2 són unes bones eines terapèutiques per al tractament de malalties que afecten al SNC.

Agonistes de neurotrofines com a teràpia neuroprotectora per la Esclerosi Múltiple

Les neurotrofines son factors tròfics que poden induir la supervivencia, la diferenciació i el creixement de les neurones i aquesta és la principal raó per la qual les estudiem en el context de les malalties neurológiques. Les propietats nombrades son crucials per a la cerca d’efectes funcionals pel que fa a tractaments de malalties neurológiques. Avui en dia. donada la seva activitat neuroprotectora, s’ha intentat l’administració extena de neurotrofines com una terapia per diverses enfermetats cerebrals, pero fins ara han tingut poc o cap resultat donada la inhabilitat d’aquestes molècules per creuar la barrera hematoencefàlica i pels seus efectes secondaris, com ara el dolor neuroilogic. Per això, l’aplicació de petites molècules similars a les neurotrofines es considerada com unapossible sol•lució com un possible tractament neuroprotector amb el cervell com a diana. L’objectiu principal d’aquest projecte és testar l’eficacia d’un compost replicant de la neurotrofina pel tractament de algunes enfermetats neurològiques i per a estudiar el mecanisme d’acció d’aquesta molècula. Els resultats obtinguts fins al moment mostren que hem desenvolupat e identificat un compost replicant de la neurotrofina (G79) que manté la seva capacitat com a factor de creixement nerviós (NGF) en un assaig funcional d’NGF (diferenciació i tests de supervivència). A més a més, hem obtingut una proba de concepte per a la eficacia d’aquest compost com un agent terapèutic en diversos models in vivo e in vitro d’Esclerosi Múltiple, glaucoma, enfermetat de Parkinson y Esclerosi Lateral Amiotrófica. En conclusió, els resultats obtinguts durant aquests dos anys suggereixen que la molècula replicant d’NGF G79 és un bon candidat per a ser desenvolutat com a part d’una estratégica terapeutica la diferenciació neuronal, promou la supervivència, activa la fosforilització de TrkA i TrkB, vies de senyalització específiques de la neurotrofina. Aquesta molècula ademés pot creuar la barrera hematoencefàlica per vies de transport actiu, millora el score clínic en animals infectats per Encefalomielitis Autoinmune Experimental, protegeix les cèlules gangliars retinals en el model in vivo de Glaucoma, promou la supervivència de les cèlules en els models in vitro de l’enfermetat de Parkinson i en ELA. En resum, els nostres resultats sugereixen que les molècules replicants de neurotrofina poden desenvoluparse com part d’una estratègia terapéutica neuroprotectora.

Impaired fast-spiking, suppressed cortical inhibition and increased susceptibility to seizures in mice lacking Kv3.2 K+ channel proteins

Voltage-gated K+ channels of the Kv3 subfamily have unusual electrophysiological properties, including activation at very depolarized voltages (positive to −10 mV) and very fast deactivation rates, suggesting special roles in neuronal excitability. In the brain, Kv3 channels are prominently expressed in select neuronal populations, which include fast-spiking (FS) GABAergic interneurons of the neocortex, hippocampus, and caudate, as well as other high-frequency firing neurons. Although evidence points to a key role in high-frequency firing, a definitive understanding of the function of these channels has been hampered by a lack of selective pharmacological tools. We therefore generated mouse lines in which one of the Kv3 genes, Kv3.2, was disrupted by gene-targeting methods. Whole-cell electrophysiological recording showed that the ability to fire spikes at high frequencies was impaired in immunocytochemically identified FS interneurons of deep cortical layers (5-6) in which Kv3.2 proteins are normally prominent. No such impairment was found for FS neurons of superficial layers (2-4) in which Kv3.2 proteins are normally only weakly expressed. These data directly support the hypothesis that Kv3 channels are necessary for high-frequency firing. Moreover, we found that Kv3.2 −/− mice showed specific alterations in their cortical EEG patterns and an increased susceptibility to epileptic seizures consistent with an impairment of cortical inhibitory mechanisms. This implies that, rather than producing hyperexcitability of the inhibitory interneurons, Kv3.2 channel elimination suppresses their activity. These data suggest that normal cortical operations depend on the ability of inhibitory interneurons to generate high-frequency firing.

K(+) channel expression distinguishes subpopulations of parvalbumin- and somatostatin-containing neocortical interneurons

Kv3.1 and Kv3.2 K+ channel proteins form similar voltage-gated K+ channels with unusual properties, including fast activation at voltages positive to −10 mV and very fast deactivation rates. These properties are thought to facilitate sustained high-frequency firing. Kv3.1 subunits are specifically found in fast-spiking, parvalbumin (PV)-containing cortical interneurons, and recent studies have provided support for a crucial role in the generation of the fast-spiking phenotype. Kv3.2 mRNAs are also found in a small subset of neocortical neurons, although the distribution of these neurons is different. We raised antibodies directed against Kv3.2 proteins and used dual-labeling methods to identify the neocortical neurons expressing Kv3.2 proteins and to determine their subcellular localization. Kv3.2 proteins are prominently expressed in patches in somatic and proximal dendritic membrane as well as in axons and presynaptic terminals of GABAergic interneurons. Kv3.2 subunits are found in all PV-containing neurons in deep cortical layers where they probably form heteromultimeric channels with Kv3.1 subunits. In contrast, in superficial layer PV-positive neurons Kv3.2 immunoreactivity is low, but Kv3.1 is still prominently expressed. Because Kv3.1 and Kv3.2 channels are differentially modulated by protein kinases, these results raise the possibility that the fast-spiking properties of superficial- and deep-layer PV neurons are differentially regulated by neuromodulators. Interestingly, Kv3.2 but not Kv3.1 proteins are also prominent in a subset of seemingly non-fast-spiking, somatostatin- and calbindin-containing interneurons, suggesting that the Kv3.1–Kv3.2 current type can have functions other than facilitating high-frequency firing.

Regenerating cortical connections in a dish: the entorhino-hippocampal organotypic slice co-culture as tool for pharmacological screening of molecules promoting axon regeneration

We present a method for using long-term organotypic slice co-cultures of the entorhino-hippocampal formation to analyze the axon-regenerative properties of a determined compound. The culture method is based on the membrane interphase method, which is easy to perform and is generally reproducible. The degree of axonal regeneration after treatment in lesioned cultures can be seen directly using green fluorescent protein (GFP) transgenic mice or by axon tracing and histological methods. Possible changes in cell morphology after pharmacological treatment can be determined easily by focal in vitro electroporation. The well-preserved cytoarchitectonics in the co-culture facilitate the analysis of identified cells or regenerating axons. The protocol takes up to a month.

TrkB signaling is required for postnatal survival of CNS neurons and protects hippocampal and motor neurons from axotomy-induced cell death

Newborn mice carrying targeted mutations in genes encoding neurotrophins or their signaling Trk receptors display severe neuronal deficits in the peripheral nervous system but not in the CNS. In this study, we show that trkB (¿/¿) mice have a significant increase in apoptotic cell death in different regions of the brain during early postnatal life. The most affected region in the brain is the dentate gyrus of the hippocampus, although elevated levels of pyknotic nuclei were also detected in cortical layers II and III and V and VI, the striatum, and the thalamus. Furthermore, axotomized hippocampal and motor neurons of trkB (¿/¿) mice have significantly lower survival rates than those of wild-type littermates. These results suggest that neurotrophin signaling through TrkB receptors plays a role in the survival of CNS neurons during postnatal development. Moreover, they indicate that TrkB receptor signaling protects subpopulations of CNS neurons from injury- and axotomy-induced cell death.

Cortistain is expressed in a distinct subset of cortical interneurons

Cortistatin is a presumptive neuropeptide that shares 11 of its 14 amino acids with somatostatin. In contrast to somatostatin, administration of cortistatin into the rat brain ventricles specifically enhances slow wave sleep, apparently by antagonizing the effects of acetylcholine on cortical excitability. Here we show that preprocortistatin mRNA is expressed in a subset of GABAergic cells in the cortex and hippocampus that partially overlap with those containing somatostatin. A significant percentage of cortistatin-positive neurons is also positive for parvalbumin. In contrast, no colocalization was found between cortistatin and calretinin, cholecystokinin, or vasoactive intestinal peptide. During development there is a transient increase in cortistatin-expressing cells in the second postnatal week in all cortical areas and in the dentate gyrus. A transient expression of preprocortistatin mRNA in the hilar region at P16 is paralleled by electrophysiological changes in dentate granule cells. Together, these observations suggest mechanisms by which cortistatin may regulate cortical activity.

The t-SNAREs syntaxin 1 and SNAP-25 are present on organelles that participate in synaptic vesicle recycling

Syntaxin 1 and synaptosome-associated protein of 25 kD (SNAP-25) are neuronal plasmalemma proteins that appear to be essential for exocytosis of synaptic vesicles (SVs). Both proteins form a complex with synaptobrevin, an intrinsic membrane protein of SVs. This binding is thought to be responsible for vesicle docking and apparently precedes membrane fusion. According to the current concept, syntaxin 1 and SNAP-25 are members of larger protein families, collectively designated as target-SNAP receptors (t-SNAREs), whose specific localization to subcellular membranes define where transport vesicles bind and fuse. Here we demonstrate that major pools of syntaxin 1 and SNAP-25 recycle with SVs. Both proteins cofractionate with SVs and clathrin-coated vesicles upon subcellular fractionation. Using recombinant proteins as standards for quantitation, we found that syntaxin 1 and SNAP-25 each comprise approximately 3% of the total protein in highly purified SVs. Thus, both proteins are significant components of SVs although less abundant than synaptobrevin (8.7% of the total protein). Immunoisolation of vesicles using synaptophysin and syntaxin specific antibodies revealed that most SVs contain syntaxin 1. The widespread distribution of both syntaxin 1 and SNAP-25 on SVs was further confirmed by immunogold electron microscopy. Botulinum neurotoxin C1, a toxin that blocks exocytosis by proteolyzing syntaxin 1, preferentially cleaves vesicular syntaxin 1. We conclude that t-SNAREs participate in SV recycling in what may be functionally distinct forms.

Mapping of the binding domains of the axon guidance receptor Unc5B to Netrin-1 and FLRT3

Anàlisi de les interaccions, a nivell neuronal, que tenen lloc durant el desenvolupament embrionari entre el receptor Unc5B (receptor present a la membrana) i les proteïnes Netrin-1 i FLRT3 (fibronectin and leucine-rich transmembrane proteins). La interacció entre aquest receptor i Netrin-1 ha estat profundament estudiada fins al moment, de manera que es coneix que aquesta promou una repulsió en la guia d’axons durant el desenvolupament embrionari. A més, la interacció està implicada en la senyalització per a diferents processos com l’angiogènesi i la supervivència cel·lular. Per altra banda, la interacció entre neurones Unc5B positives i FLRT3, promou un retard en la migració de les neurones. Diversos estudis demostren que aquest retard en la migració està relacionat amb certes patologies mentals.