New pool of cortical interneuron precursors in the early postnatal dorsal white matter.

The migration of cortical γ-aminobutyric acidergic interneurons has been extensively studied in rodent embryos, whereas few studies have documented their postnatal migration. Combining in vivo analysis together with time-lapse imaging on cortical slices, we explored the origin and migration of cortical interneurons during the first weeks of postnatal life. Strikingly, we observed that a large pool of GAD65-GFP-positive cells accumulate in the dorsal white matter region during the first postnatal week. Part of these cells divides and expresses the transcription factor paired box 6 indicating the presence of local transient amplifying precursors. The vast majority of these cells are immature interneurons expressing the neuronal marker doublecortin and partly the calcium-binding protein calretinin. Time-lapse imaging reveals that GAD65-GFP-positive neurons migrate from the white matter pool into the overlying anterior cingulate cortex (aCC). Some interneurons in the postnatal aCC express the same immature neuronal markers suggesting ongoing migration of calretinin-positive interneurons. Finally, bromodeoxyuridine incorporation experiments confirm that a small fraction of interneurons located in the aCC are generated during the early postnatal period. These results altogether reveal that at postnatal ages, the dorsal white matter contains a pool of interneuron precursors that divide and migrate into the aCC.

Ligands for pheromone-sensing neurons are not conformationally activated odorant binding proteins.

Pheromones form an essential chemical language of intraspecific communication in many animals. How olfactory systems recognize pheromonal signals with both sensitivity and specificity is not well understood. An important in vivo paradigm for this process is the detection mechanism of the sex pheromone (Z)-11-octadecenyl acetate (cis-vaccenyl acetate [cVA]) in Drosophila melanogaster. cVA-evoked neuronal activation requires a secreted odorant binding protein, LUSH, the CD36-related transmembrane protein SNMP, and the odorant receptor OR67d. Crystallographic analysis has revealed that cVA-bound LUSH is conformationally distinct from apo (unliganded) LUSH. Recombinantly expressed mutant versions of LUSH predicted to enhance or diminish these structural changes produce corresponding alterations in spontaneous and/or cVA-evoked activity when infused into olfactory sensilla, leading to a model in which the ligand for pheromone receptors is not free cVA, but LUSH that is "conformationally activated" upon cVA binding. Here we present evidence that contradicts this model. First, we demonstrate that the same LUSH mutants expressed transgenically affect neither basal nor pheromone-evoked activity. Second, we compare the structures of apo LUSH, cVA/LUSH, and complexes of LUSH with non-pheromonal ligands and find no conformational property of cVA/LUSH that can explain its proposed unique activated state. Finally, we show that high concentrations of cVA can induce neuronal activity in the absence of LUSH, but not SNMP or OR67d. Our findings are not consistent with the model that the cVA/LUSH complex acts as the pheromone ligand, and suggest that pheromone molecules alone directly activate neuronal receptors.

Modification of the monomer composition of polyhydroxyalkanoate synthesized in Saccharomyces cerevisiae expressing variants of the beta-oxidation-associated multifunctional enzyme.

Expression by Saccharomyces cerevisiae of a polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase modified at the carboxy end by the addition of a peroxisome targeting signal derived from the last 34 amino acids of the Brassica napus isocitrate lyase (ICL) and containing the terminal tripeptide Ser-Arg-Met resulted in the synthesis of PHA. The ability of the terminal peptide Ser-Arg-Met and of the 34-amino-acid peptide from the B. napus ICL to target foreign proteins to the peroxisome of S. cerevisiae was demonstrated with green fluorescent protein fusions. PHA synthesis was found to be dependent on the presence of both the enzymes generating the beta-oxidation intermediate 3-hydroxyacyl-coenzyme A (3-hydroxyacyl-[CoA]) and the peroxin-encoding PEX5 gene, demonstrating the requirement for a functional peroxisome and a beta-oxidation cycle for PHA synthesis. Using a variant of the S. cerevisiae beta-oxidation multifunctional enzyme with a mutation inactivating the B domain of the R-3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, it was possible to modify the PHA monomer composition through an increase in the proportion of the short-chain monomers of five and six carbons.

Identification of the pathological alterations underlying respiratory failure in myotonic dystrophy transgenic mice

AbstractMyotonic dystrophy type 1 (DM1), also known as Steinert's disease, is an inherited autosomal dominant disease. DM1 is characterized by myotonia, muscular weakness and atrophy, but it has a multisystemic phenotype. The genetic basis of the disease is the abnormal expansion of CTG repeats in the 3' untranslated region of the DM protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19. The size of the expansion correlates to the severity of the disease and the age of onset.Respiratory problems have long been recognized to be a major feature of the disease and are the main factor contributing to mortality ; however the mechanisms are only partly known. The aim of our study is to investigate whether respiratory failure results only from the involvement of the dystrophic process at the level of the respiratory muscles or comes also from abnormalities in the neuronal network that generates and controls the respiratory rhythm. The generation of valid transgenic mice displaying the human DM1 phenotype by the group of Dr. Gourdon provided us a useful tool to analyze the brain stem respiratory neurons, spinal phrenic motoneurons and phrenic nerves. We examined therefore these structures in transgenic mice carrying 350-500 CTGs and displaying a mild form of the disease (DM1 mice). The morphological and morphometric analysis of diaphragm muscle sections revealed a denervation of the end-plates (EPs), characterized by a decrease in size and shape complexity of EPs and a reduction in the density of acetylcholine receptors (AChRs). Also a strong and significant reduction in the number of phrenic unmyelinated fibers was detected, but not in the myelinated fibers. In addition, no pathological changes were detected in the cervical motoneurons and medullary respiratory centers (Panaite et al., 2008). These results suggest that the breathing rhythm is probably not affected in mice expressing a mild form of DM1, but rather the transmission of action potentials at the level of diaphragm NMJs is deficient.Because size of the mutation increases over generations, new transgenic mice were obtained from the mice with 350-500 CTGs, resulting from a large increase of CTG repeat in successive generations, these mice carry more than 1300 CTGs (DMSXL) and display a severe DM1 phenotype (Gomes-Pereira et al., 2007). Before we study the mechanism underlying the respiratory failure in DMSXL mice, we analyzed the peripheral nervous system (PNS) in these mice by electrophysiological, histological and morphometric methods. Our results provide strong evidence that DMSXL mice have motor neuropathy (Panaite et al., 2010, submitted). Therefore the DMSXL mice expressing severe DM1 features represent for us a good tool to investigate, in the future, the physiological, structural and molecular alterations underlying respiratory failure in DM1. Understanding the mechanism of respiratory deficiency will help to better target the therapy of these problems in DM1 patients. In addition our results may, in the future, orientate pharmaceutical and clinical research towards possible development of therapy against respiratory deficits associated with the DM1.RésuméLa dystrophic myotonique type 1 (DM1), aussi dénommée maladie de Steinert, est une maladie héréditaire autosomique dominante. Elle est caractérisée par une myotonie, une faiblesse musculaire avec atrophie et se manifeste aussi par un phénotype multisystémique. La base génétique de la maladie est une expansion anormale de répétitions CTG dans une région non traduite en 3' du gène de la DM protéine kinase (DMPK) sur le chromosome 19. La taille de l'expansion est corrélée avec la sévérité et l'âge d'apparition de DM1.Bien que les problèmes respiratoires soient reconnus depuis longtemps comme une complication de la maladie et soient le principal facteur contribuant à la mortalité, les mécanismes en sont partiellement connus. Le but de notre étude est d'examiner si l'insuffisance respiratoire de la DM1 est dû au processus dystrophique au niveau des muscles respiratoires ou si elle est entraînée aussi par des anomalies dans le réseau neuronal qui génère et contrôle le rythme respiratoire. La production par le groupe du Dr. Gourdon de souris transgéniques de DM1, manifestant le phénotype de DM1 humaine, nous a fourni un outil pour analyser les nerfs phréniques, les neurones des centres respiratoires du tronc cérébral et les motoneurones phréniques. Par conséquence, nous avons examiné ces structures chez des souris transgéniques portant 350-500 CTG et affichant une forme légère de la maladie (souris DM1). L'analyse morphologique et morphométrique des sections du diaphragme a révélé une dénervation des plaques motrices et une diminution de la taille et de la complexité de la membrane postsynaptîque, ainsi qu'une réduction de la densité des récepteurs à l'acétylcholine. Nous avons aussi détecté une réduction significative du nombre de fibres nerveuses non myélinisées mais pas des fibres myélinisées. Par ailleurs, aucun changement pathologique n'a été détecté pour les neurones moteurs médullaires cervicaux et centres respiratoires du tronc cérébral (Panaite et al., 2008). Ces résultats suggèrent que le iythme respiratoire n'est probablement pas affecté chez les souris manifestant une forme légère du DM1, mais plutôt que la transmission des potentiels d'action au niveau des plaques motrices du diaphragme est déficiente.Comme la taille du mutation augmente au fil des générations, de nouvelles souris transgéniques ont été générés par le groupe Gourdon; ces souris ont plus de 1300 CTG (DMSXL) et manifestent un phénotype sévère du DM1 (Gomes-Pereira et al., 2007). Avant d'étudier le mécanisme sous-jacent de l'insuffisance respiratoire chez les souris DMSXL, nous avons analysé le système nerveux périphérique chez ces souris par des méthodes électrophysiologiques, histologiques et morphométriques. Nos résultats fournissent des preuves solides que les souris DMSXL manifestent une neuropathie motrice (Panaite et al., 2010, soumis). Par conséquent, les souris DMSXL représentent pour nous un bon outil pour étudier, à l'avenir, les modifications physiologiques, morphologiques et moléculaires qui sous-tendent l'insuffisance respiratoire du DM1. La connaissance du mécanisme de déficience respiratoire en DM1 aidera à mieux cibler le traitement de ces problèmes aux patients. De plus, nos résultats pourront, à l'avenir, orienter la recherche pharmaceutique et clinique vers le développement de thérapie contre le déficit respiratoire associé à DM1.

Intraperikaryal neurofilamentous accumulations in a subset of retinal ganglion cells in aged mice that express a human neurofilament gene.

Neurofilamentous changes in select groups of neurons are associated with the degenerative changes of many human age-related neurodegenerative diseases. To examine the possible effects of aging on the neuronal cytoskeleton containing human proteins, the retinas of transgenic mice expressing the gene for the human middle-sized neurofilament triplet were investigated at 3 or 12 months of age. Transgenic mice developed tangle-like neurofilamentous accumulations in a subset of retinal ganglion cells at 12 months of age. These neurofilamentous accumulations, which also involved endogenous neurofilament proteins, were present in the perikarya and proximal processes of large ganglion cells and were predominantly located in peripheral retina. The presence of the human protein may thus confer vulnerability of the cytoskeleton to age-related alterations in this specific retinal cell type and may serve as a model for similar cellular changes associated with Alzheimer's disease and glaucoma.

Glutamate reduces glucose utilization while concomitantly enhancing AQP9 and MCT2 expression in cultured rat hippocampal neurons.

The excitatory neurotransmitter glutamate has been reported to have a major impact on brain energy metabolism. Using primary cultures of rat hippocampal neurons, we observed that glutamate reduces glucose utilization in this cell type, suggesting alteration in mitochondrial oxidative metabolism. The aquaglyceroporin AQP9 and the monocarboxylate transporter MCT2, two transporters for oxidative energy substrates, appear to be present in mitochondria of these neurons. Moreover, they not only co-localize but they interact with each other as they were found to co-immunoprecipitate from hippocampal neuron homogenates. Exposure of cultured hippocampal neurons to glutamate 100 μM for 1 h led to enhanced expression of both AQP9 and MCT2 at the protein level without any significant change at the mRNA level. In parallel, a similar increase in the protein expression of LDHA was evidenced without an effect on the mRNA level. These data suggest that glutamate exerts an influence on neuronal energy metabolism likely through a regulation of the expression of some key mitochondrial proteins.

Alterations in neurofilament protein immunoreactivity in human hippocampal neurons related to normal aging and Alzheimer's disease.

The distribution of immunoreactivity for the neurofilament triplet class of intermediate filament proteins was examined in the hippocampus of young, adult and elderly control cases and compared to that of Alzheimer's disease cases. In a similar fashion to non-human mammalian species, pyramidal neurons in the CA1 region showed a very low degree of neurofilament triplet immunoreactivity in the three younger control cases examined. However, in the other control cases of 49 years of age and older, many CA1 pyramidal neurons showed elevated neurofilament immunoreactivity. In the Alzheimer's disease cases, most of the surviving CA1 neurons showed intense labeling for the neurofilament triplet proteins, with many of these neurons giving off abnormal "sprouting" processes. Double labeling demonstrated that many of these neurons contained tangle-like or granular material that was immunoreactive for abnormal forms of tau and stained with thioflavine S, indicating that these neurons are in a transitional degenerative stage. An antibody to phosphorylated neurofilament proteins labeled a subset of neurofibrillary tangles in the Alzheimer's disease cases. However, following formic acid pre-treatment, the number of neurofibrillary tangles showing phosphorylated neurofilament protein immunoreactivity increased, with double labeling confirming that all of the tau-immunoreactive neurofibrillary tangles were also immunoreactive for phosphorylated neurofilament proteins. Immunoblotting demonstrated that there was a proportionately greater amount of the neurofilament triplet subunit proteins in hippocampal tissue from Alzheimer's disease cases as compared to controls. These results indicate that there are changes in the cytoskeleton of CA1 neurons associated with age which are likely to involve an increase in the level of neurofilament proteins and may be a predisposing factor contributing towards their high degree of vulnerability in degenerative conditions such as Alzheimer's disease. The cellular factors affecting hippocampal neurons during aging may be potentiated in Alzheimer's disease to result in even higher levels of intracellular neurofilament proteins and the progressive alterations of neurofilaments and other cytoskeletal proteins that finally results in neurofibrillary tangle formation and cellular degeneration.

Study of the physiological role of RasGAP cleavage

Résume Les caspases sont un groupe de protéases à cystéine qui s?activent lors de l'apoptose. Leur activation induit le clivage de nombreuses cibles intracellulaires, conduisant à l'activation de voies pro-apoptotiques et finalement au démantèlement des cellules. Cependant, des caspases ont été décrites dans de nombreux autres processus indépendants de l'apoptose, notamment dans la physiologie des cellules hématopoïétiques, des cellules musculaires, des cellules de la peau et des neurones. Comment est-ce que les cellules réconcilient-elles ces deux fonctions distinctes? Une partie de la réponse réside dans la nature des substrats qu'elles clivent. Certains substrats, une fois clivées, deviennent anti-apoptotiques. RasGAP est une cible des caspases et contient deux sites spécifiques de clivage par les caspases. Lorsque le niveau d?activité des caspases est faible le clivage de RasGAP produit un fragment N-terminal qui active un signal antiapoptotique, relayé par la voie de Ras/PI3K/Akt. Lorsque le niveau d?activité des caspases est plus élevé le fragment RasGAP N-terminal est à nouveau clivé, perdant de ce fait ses propriétés anti-apoptotiques. Dans cette étude, nous avons mis en évidence que l'activation de la voie Ras/PI3K/Akt induite par le fragment RasGAP N-terminal dépend de RasGAP lui-même. Par ailleurs, dans le but d?étudier l?importance du clivage de RasGAP dans un contexte physiologique, nous avons développé un modèle animal exprimant une gêne mutée de RasGAP de sorte que la protéine est devenu insensible a l?action de caspases. Les données préliminaires obtenues montrent que le clivage de RasGAP n'est pas indispensable pour le développement et l?homéostasie chez la souris. Finalement, nous avons développé une souris transgénique surexprimant le fragment de RasGAP N-terminal dans les cellules ß du pancréas. Les animaux obtenus ne montrent pas de symptômes dans les conditions basales bien qu?ils soient plus résistants au diabète induit expérimentalement. Ces résultats montrent que la surexpression du fragment N-terminal de RasGAP protége efficacement les cellules ß du pancréas de l?apoptose induite par le stress sans pourtant affecter d?autres paramètres physiologiques des Ilot de Langerhans.<br/><br/>Caspases are a series of proteases that are activated during apoptosis. Their activation causes the cleavage of numerous intracellular targets, which leads to cell dismantling and activation of pro-apoptotic pathways. Caspases have been found to be involved in the physiology of numerous cell types including haematopoietic cells, muscle cells, skin cells and neurons. How cells conciliate these two opposite functions? Part of the answer lies in the nature of the substrates they cleave. Some substrates become anti-apoptotic once cleaved by caspases. RasGAP is a caspase substrate that possesses two conserved caspase-cleavage sites. At low caspase activity, RasGAP is first cleaved and the generated N-terminal fragment activates a potent anti-apoptotic signal, mediated by the Ras/PI3K/Akt pathway. At higher caspase activity, the N-terminal fragment is further cleaved thereby losing its anti-apoptotic properties. In the present study we show that the activation of the Ras/PI3K/Akt pathway mediated by RasGAP N-terminal fragment is dependent on RasGAP itself. Moreover, to study the role of RasGAP cleavage in a physiological model, we have developed a knock-in mouse model expressing a RasGAP mutant that is not cleavable by caspases. Preliminary data shows that RasGAP cleavage is not required for normal development and homeostasis in mice. Finally, we have developed a transgenic mouse model overexpressing RasGAP N-terminal fragment in the ß-cell of the pancreas. In basal conditions, these mice show no difference with their wt counterparts. However, they are protected against experimentally induced diabetes. These results indicate that fragment N can protect ? cells from stress-induced apoptosis without affecting other physiological parameters of the Islets.

Nkx2.1-derived astrocytes and neurons together with Slit2 are indispensable for anterior commissure formation.

Guidepost cells present at and surrounding the midline provide guidance cues that orient the growing axons through commissures. Here we show that the transcription factor Nkx2.1 known to control the specification of GABAergic interneurons also regulates the differentiation of astroglia and polydendrocytes within the mouse anterior commissure (AC). Nkx2.1-positive glia were found to originate from three germinal regions of the ventral telencephalon. Nkx2.1-derived glia were observed in and around the AC region by E14.5. Thereafter, a selective cell ablation strategy showed a synergistic role of Nkx2.1-derived cells, both GABAergic interneurons and astroglia, towards the proper formation of the AC. Finally, our results reveal that the Nkx2.1-regulated cells mediate AC axon guidance through the expression of the repellent cue, Slit2. These results bring forth interesting insights about the spatial and temporal origin of midline telencephalic glia, and highlight the importance of neurons and astroglia towards the formation of midline commissures.

Dying neurons in thalamus of asphyxiated term newborns and rats are autophagic

Enjeu: Déterminer si la macroautophagie est activée de façon excessive dans les neurones en souffrance dans l'encéphalopathie anoxique-ischémique du nouveau-né à terme. Contexte de la recherche: L'encéphalopathie anoxique-ischémique suite à une asphyxie néonatale est associée à une morbidité neurologique à long terme. Une diminution de son incidence reste difficile, son primum movens étant soudain, imprévisible voire non identifiable. Le développement d'un traitement pharmacologique neuroprotecteur post-anoxie reste un défi car les mécanismes impliqués dans la dégénérescence neuronale sont multiples, interconnectés et encore insuffisamment compris. En effet, il ressort des études animales que la notion dichotomique de mort cellulaire apoptotique (type 1)/nécrotique (type 3) est insuffisante. Une même cellule peut présenter des caractéristiques morphologiques mixtes non seulement d'apoptose et de nécrose mais aussi parfois de mort autophagique (type 2) plus récemment décrite. L'autophagie est un processus physiologique normal et essentiel de dégradation de matériel intracellulaire par les enzymes lysosomales. La macroautophagie, nommée simplement autophagie par la suite, consiste en la séquestration de parties de cytosol à éliminer (protéines et organelles) dans des compartiments intermédiaires, les autophagosomes, puis en leur fusion avec des lysosomes pour former des autolysosomes. Dans certaines conditions de stress telles que l'hypoxie et l'excitoxicité, une activité autophagique anormalement élevée peut être impliquée dans la mort cellulaire soit comme un mécanisme de mort indépendant (autodigestion excessive correspondante à la mort cellulaire de type 2) soit en activant d'autres voies de mort comme celles de l'apoptose. Description de l'article: Ce travail examine la présence de l'autophagie et son lien avec la mort cellulaire dans les neurones d'une région cérébrale fréquemment atteinte chez le nouveau- né humain décédé après une asphyxie néonatale sévère, le thalamus ventro-latéral. Ces résultats ont été comparés à ceux obtenus dans un modèle d'hypoxie-ischémie cérébrale chez le raton de 7 jours (dont le cerveau serait comparable à celui d'un nouveau-né humain de 34-37 semaines de gestation). Au total 11 nouveau-nés à terme décédés peu après la naissance ont été rétrospectivement sélectionnés, dont 5 présentant une encéphalopathie hypoxique- ischémique sévère et 6 décédés d'une cause autre que l'asphyxie choisis comme cas contrôle. L'autophagie et l'apoptose neuronale ont été évaluées sur la base d'une étude immunohistochimique et d'imagerie confocale de coupes histologiques en utilisant des marqueurs tels que LC3 (protéine dont la forme LC3-II est liée à la membrane des autophagosomes), p62/SQSTM1 (protéine spécifiquement dégradée par autophagie), LAMP1 (protéine membranaire des lysosomes et des autolysosomes), Cathepsin D ou B (enzymes lysosomales), TUNEL (détection de la fragmentation de l'ADN se produisant lors de l'apoptose), CASPASE-3 activée (protéase effectrice de l'apoptose) et PGP9.5 (protéine spécifique aux neurones). Chez le raton l'étude a pu être étendue en utilisant d'autres méthodes complémentaires telles que la microscopie électronique et le Western-blot. Une quantification des différents marqueurs montre une augmentation statistiquement significative de l'autophagie neuronale dans les cas d'asphyxie par rapport aux cas contrôles chez l'humain comme chez le raton. En cas d'asphyxie, les mêmes neurones expriment une densité accrue d'autophagosomes et d'autolysosomes par rapport aux cas contrôles. De plus, les neurones hautement autophagiques présentent des caractéristiques de l'apoptose. Conclusion: Cette étude montre, pour la première fois, que les neurones thalamiques lésés en cas d'encéphalopathie hypoxique-ischémique sévère présentent un niveau anormalement élevé d'activité autophagique comme démontré chez le raton hypoxique-ischémique. Ce travail permet ainsi de mettre en avant l'importance de considérer l'autophagie comme acteur dans la mort neuronale survenant après asphyxie néonatale. Perspectives: Récemment un certain nombre d'études in vitro ou sur des modèles d'ischémie cérébrale chez les rongeurs suggèrent un rôle important de la macroautophagie dans la mort neuronale. Ainsi, l'inhibition spécifique de la macroautophagie devrait donc être envisagée dans le futur développement des stratégies neuroprotectrices visant à protéger le cerveau des nouveau-nés à terme suite à une asphyxie.

Vaccination against Staphylococcus aureus experimental endocarditis using recombinant Lactococcus lactis expressing ClfA or FnbpA.

Staphylococcus aureus is a major cause of serious infections in humans and animals and a vaccine is becoming a necessity. Lactococcus lactis is a non-pathogenic bacterium that can be used as a vector for the delivery of antigens. We investigated the ability of non-living L. lactis heterologously expressing S. aureus clumping factor A (ClfA) and fibronectin-binding protein A (FnbpA), alone or together, to elicit an immune response in rats and protect them from S. aureus experimental infective endocarditis (IE). L. lactis ClfA was used for immunization against S. aureus Newman (expressing ClfA but not FnbpA), while L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA, as well as L. lactis ClfA/FnbpA, were used against S. aureus P8 (expressing ClfA and FnbpA). Vaccination of rats with L. lactis ClfA elicited antibodies that inhibited binding of S. aureus Newman to fibrinogen, triggered the production of IL-17A and conferred protection to 13/19 (68%) of the animals from IE (P<0.05). Immunization with L. lactis ClfA, L. lactis FnbpA or L. lactis ClfA/FnbpA also produced antibodies against the target proteins, but these did not prevent binding of S. aureus P8 to fibrinogen or fibronectin and did not protect animals against S. aureus P8 IE. Moreover, immunization with constructs containing FnbpA did not increase IL-17A production. These results indicate that L. lactis is a valuable antigen delivery system able to elicit efficient humoral and cellular responses. However, the most appropriate antigens affording protection against S. aureus IE are yet to be elucidated.