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.

Programming Hippocampal Neural Stem/Progenitor Cells into Oligodendrocytes Enhances Remyelination in the Adult Brain after Injury.

Demyelinating diseases are characterized by a loss of oligodendrocytes leading to axonal degeneration and impaired brain function. Current strategies used for the treatment of demyelinating disease such as multiple sclerosis largely rely on modulation of the immune system. Only limited treatment options are available for treating the later stages of the disease, and these treatments require regenerative therapies to ameliorate the consequences of oligodendrocyte loss and axonal impairment. Directed differentiation of adult hippocampal neural stem/progenitor cells (NSPCs) into oligodendrocytes may represent an endogenous source of glial cells for cell-replacement strategies aiming to treat demyelinating disease. Here, we show that Ascl1-mediated conversion of hippocampal NSPCs into mature oligodendrocytes enhances remyelination in a diphtheria-toxin (DT)-inducible, genetic model for demyelination. These findings highlight the potential of targeting hippocampal NSPCs for the treatment of demyelinated lesions in the adult brain.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

Tangential migration of neuronal precursors of glutamatergic neurons in the adult mammalian brain.

In a classic model of mammalian brain formation, precursors of principal glutamatergic neurons migrate radially along radial glia fibers whereas GABAergic interneuron precursors migrate tangentially. These migration modes have significant implications for brain function. Here we used clonal lineage tracing of active radial glia-like neural stem cells in the adult mouse dentate gyrus and made the surprising discovery that proliferating neuronal precursors of glutamatergic granule neurons exhibit significant tangential migration along blood vessels, followed by limited radial migration. Genetic birthdating and morphological and molecular analyses pinpointed the neuroblast stage as the main developmental window when tangential migration occurs. We also developed a partial "whole-mount" dentate gyrus preparation and observed a dense plexus of capillaries, with which only neuroblasts, among the entire population of progenitors, are directly associated. Together, these results provide insight into neuronal migration in the adult mammalian nervous system.

Impact of a cis-associated gene expression SNP on chromosome 20q11.22 on bipolar disorder susceptibility, hippocampal structure and cognitive performance.

BackgroundBipolar disorder is a highly heritable polygenic disorder. Recent enrichment analyses suggest that there may be true risk variants for bipolar disorder in the expression quantitative trait loci (eQTL) in the brain.AimsWe sought to assess the impact of eQTL variants on bipolar disorder risk by combining data from both bipolar disorder genome-wide association studies (GWAS) and brain eQTL.MethodTo detect single nucleotide polymorphisms (SNPs) that influence expression levels of genes associated with bipolar disorder, we jointly analysed data from a bipolar disorder GWAS (7481 cases and 9250 controls) and a genome-wide brain (cortical) eQTL (193 healthy controls) using a Bayesian statistical method, with independent follow-up replications. The identified risk SNP was then further tested for association with hippocampal volume (n = 5775) and cognitive performance (n = 342) among healthy individuals.ResultsIntegrative analysis revealed a significant association between a brain eQTL rs6088662 on chromosome 20q11.22 and bipolar disorder (log Bayes factor = 5.48; bipolar disorder P = 5.85×10(-5)). Follow-up studies across multiple independent samples confirmed the association of the risk SNP (rs6088662) with gene expression and bipolar disorder susceptibility (P = 3.54×10(-8)). Further exploratory analysis revealed that rs6088662 is also associated with hippocampal volume and cognitive performance in healthy individuals.ConclusionsOur findings suggest that 20q11.22 is likely a risk region for bipolar disorder; they also highlight the informative value of integrating functional annotation of genetic variants for gene expression in advancing our understanding of the biological basis underlying complex disorders, such as bipolar disorder.

L-Lactate protects neurons against excitotoxicity: implication of an ATP-mediated signaling cascade.

Converging experimental data indicate a neuroprotective action of L-Lactate. Using Digital Holographic Microscopy, we observe that transient application of glutamate (100 μM; 2 min) elicits a NMDA-dependent death in 65% of mouse cortical neurons in culture. In the presence of L-Lactate (or Pyruvate), the percentage of neuronal death decreases to 32%. UK5099, a blocker of the Mitochondrial Pyruvate Carrier, fully prevents L-Lactate-mediated neuroprotection. In addition, L-Lactate-induced neuroprotection is not only inhibited by probenicid and carbenoxolone, two blockers of ATP channel pannexins, but also abolished by apyrase, an enzyme degrading ATP, suggesting that ATP produced by the Lactate/Pyruvate pathway is released to act on purinergic receptors in an autocrine/paracrine manner. Finally, pharmacological approaches support the involvement of the P2Y receptors associated to the PI3-kinase pathway, leading to activation of KATP channels. This set of results indicates that L-Lactate acts as a signalling molecule for neuroprotection against excitotoxicity through coordinated cellular pathways involving ATP production, release and activation of a P2Y/KATP cascade.

Cytokine-induced sleep: Neurons respond to TNF with production of chemokines and increased expression of Homer1a in vitro.

Interactions of neurons with microglia may play a dominant role in sleep regulation. TNF may exert its somnogeneic effects by promoting attraction of microglia and their processes to the vicinity of dendrites and synapses. We found TNF to stimulate neurons (i) to produce CCL2, CCL7 and CXCL10, chemokines acting on mononuclear phagocytes and (ii) to stimulate the expression of the macrophage colony stimulating factor (M-CSF/Csf1), which leads to elongation of microglia processes. TNF may also act on neurons by affecting the expression of genes essential in sleep-wake behavior. The neuronal expression of Homer1a mRNA, increases during spontaneous and enforced periods of wakefulness. Mice with a deletion of Homer1a show a reduced wakefulness with increased non-rapid eye movement (NREM) sleep during the dark period. Recently the TNF-dependent increase of NREM sleep in the dark period of mice with CD40-induced immune activation was found to be associated with decreased expression of Homer1a. In the present study we investigated the effects of TNF and IL-1β on gene expression in cultures of the neuronal cell line HT22 and cortical neurons. TNF slightly increased the expression of Homer1a and IL-1β profoundly enhanced the expression of Early growth response 2 (Egr2). The data presented here indicate that the decreased expression of Homer1a, which was found in the dark period of mice with CD40-induced increase of NREM sleep is not due to inhibitory effects of TNF and IL-1β on the expression of Homer1a in neurons.