Creatine deficiency syndomes : a new model of partial GAMT deficiency affecting brain cell development

Les syndromes de déficiences cérébrales en créatine (CCDS) sont dus à des mutations dans les gènes GATM et G AMT (codant pour les enzymes AGAT et G AMT de la voie de synthèse de créatine) ainsi que SLC6A8 (transporteur de créatine), et génèrent une absence ou une très forte baisse de créatine (Cr) dans le cerveau, mesurée par spectroscopic de résonance magnétique. Les patients CCDS développent des handicaps neurologiques sévères. Les patients AGAT et GAMT peuvent être traités avec des doses importantes de Cr, mais gardent dans la plupart des cas des séquelles neurologiques irréversibles. Aucun traitement efficace n'existe à ce jour pour la déficience en SLC6A8. Bien que de nombreux modèles aient été développés pour comprendre la Cr cérébrale en conditions physiologiques, les pathomécanismes des CCDS ne sont pas encore compris. Des souris transgéniques pour les gènes Gatm, Gamt et Slc6a8 ont été générées, mais elles ne miment que partiellement la pathologie humaine. Parmi les CCDS, la déficience en GAMT est la plus sévère, en raison de l'accumulation cérébrale de l'intermédiaire guanidinoacétate (GAA). Alors que la toxicité cérébrale du GAA a été étudiée par exposition directe au GAA d'animaux adultes sains, les mécanismes de la toxicité du GAA en condition de déficience en GAMT dans le cerveau en développement sont encore inconnus. Le but de ce projet était donc de développer un modèle de déficience en GAMT dans des cultures 3D primaires de cellules nerveuses de rat en agrégats par knock-down du gène GAMT, en utilisant un virus adéno-associé (AAV) induisant le mécanisme d'interférence à l'ARN (RNAi). Le virus scAAV2, à la multiplicité d'infection de 1000, s'est révélé le plus efficace pour transduire tous les types de cellules nerveuses des cultures (neurones, astrocytes, oligodendrocytes), et générer un knock-down maximal de la protéine GAMT de 85% (jour in vitro 18). Cette déficience partielle en GAMT s'est révélée insuffisante pour générer une déficience en Cr, mais a causé l'accumulation attendue de GAA, à des doses comparables aux niveaux observés dans le LCR des patients GAMT. Le GAA a induit une croissance axonale anarchique accompagnée d'une baisse de l'apoptose naturelle, suivis par une induction tardive de mort cellulaire non-apoptotique. Le co-traitement par la Cr a prévenu tous les effets toxiques du GAA. Ce travail montre que l'accumulation de GAA en absence de déficience en Cr est suffisante pour affecter le développement du tissu nerveux, et suggère que des formes de déficiences en GAMT supplémentaires, ne présentant pas de déficiences en Cr, pourraient être découvertes par mesure du GAA, en particulier à travers les programmes récemment proposés de dépistage néonatal de la déficience en GAMT. -- Cerebral creatine deficiency syndromes (CCDS) are caused by mutations in the genes GATM and GAMT (respectively coding for the two enzymes of the creatine synthetic pathway, AGAT and GAMT) as well as SLC6A8 (creatine transporter), and lead to the absence or very strong decrease of creatine (Cr) in the brain when measured by magnetic resonance spectroscopy. Affected patients show severe neurological impairments. While AGAT and GAMT deficient patients can be treated with high dosages of Cr, most remain with irreversible brain sequelae. No treatment has been successful so far for SLC6A8 deficiency. While many models have helped understanding the cerebral Cr pathways in physiological conditions, the pathomechanisms underlying CCDS are yet to be elucidated. Transgenic mice carrying mutations in the Gatm, Gamt and Slc6a8 genes have been developed, but only partially mimic the human pathology. Among CCDS, GAMT deficiency is the most severe, due to the CNS accumulation of the guanidinoacetate (GAA) intermediate. While brain toxicity of GAA has been explored through direct GAA exposure of adult healthy animals, the mechanisms underlying GAA toxicity in GAMT deficiency conditions on the developing CNS are yet unknown. The aim of this project was thus to develop and characterize a GAMT deficiency model in developing brain cells by gene knockdown, by adeno-associated virus (AAV)-driven RNA interference (RNAi) in rat 3D organotypic primary brain cell cultures in aggregates. scAAV2 with a multiplicity of infection of 1000 was shown as the most efficient serotype, was able to transduce all brain cell types (neurons, astrocytes, oligodendrocytes) and to induce a maximal GAMT protein knockdown of 85% (day in vitro 18). Metabolite analysis showed that partial GAMT knockdown was insufficient to induce Cr deficiency but generated the awaited GAA accumulation at concentrations comparable to the levels observed in cerebrospinal fluid of GAMT-deficient patients. Accumulated GAA induced axonal hypersprouting paralleled with inhibition of natural apoptosis, followed by a later induction in non-apoptotic cell death. Cr supplementation led to the prevention of all GAA-induced toxic effects. This work shows that GAA accumulation without Cr deficiency is sufficient to affect CNS development, and suggests that additional partial GAMT deficiencies, which may not show the classical brain Cr deficiency, may be discovered through GAA measurement including by recently proposed neonatal screening programs for GAMT deficiency.

Sleep in vitro : Erk pathway regulates sleep duration and sleep related genes

To date, for most biological and physiological phenomena, the scientific community has reach a consensus on their related function, except for sleep, which has an undetermined, albeit mystery, function. To further our understanding of sleep function(s), we first focused on the level of complexity at which sleep-like phenomenon can be observed. This lead to the development of an in vitro model. The second approach was to understand the molecular and cellular pathways regulating sleep and wakefulness, using both our in vitro and in vivo models. The third approach (ongoing) is to look across evolution when sleep or wakefulness appears. (1) To address the question as to whether sleep is a cellular property and how this is linked to the entire brain functioning, we developed a model of sleep in vitro by using dissociated primary cortical cultures. We aimed at simulating the major characteristics of sleep and wakefulness in vitro. We have shown that mature cortical cultures display a spontaneous electrical activity similar to sleep. When these cultures are stimulated by waking neurotransmitters, they show a tonic firing activity, similar to wakefulness, but return spontaneously to the "sleep-like" state 24h after stimulation. We have also shown that transcriptional, electrophysiological, and metabolic correlates of sleep and wakefulness can be reliably detected in dissociated cortical cultures. (2) To further understand at which molecular and cellular levels changes between sleep and wakefulness occur, we have used a pharmacological and systematic gene transcription approach in vitro and discovered a major role played by the Erk pathway. Indeed, pharmacological inhibition of this pathway in living animals decreased sleep by 2 hours per day and consolidated both sleep and wakefulness by reducing their fragmentation. (3) Finally, we tried to evaluate the presence of sleep in one of the most primitive species with a neural network. We set up Hydra as a model organism. We hypothesized that sleep as a cellular (neuronal) property may occur with the appearance of the most primitive nervous system. We were able to show that Hydra have periodic rest phases amounting to up to 5 hours per day. In conclusion, our work established an in vitro model to study sleep, discovered one of the major signaling pathways regulating vigilance states, and strongly suggests that sleep is a cellular property highly conserved at the molecular level during evolution. -- Jusqu'à ce jour, la communauté scientifique s'est mise d'accord sur la fonction d'une majorité des processus physiologiques, excepté pour le sommeil. En effet, la fonction du sommeil reste un mystère, et aucun consensus n'est atteint le concernant. Pour mieux comprendre la ou les fonctions du sommeil, (1) nous nous sommes d'abord concentré sur le niveau de complexité auquel un état ressemblant au sommeil peut être observé. Nous avons ainsi développé un modèle du sommeil in vitro, (2) nous avons disséqué les mécanismes moléculaires et cellulaires qui pourraient réguler le sommeil, (3) nous avons cherché à savoir si un état de sommeil peut être trouvé dans l'hydre, l'animal le plus primitif avec un système nerveux. (1) Pour répondre à la question de savoir à quel niveau de complexité apparaît un état de sommeil ou d'éveil, nous avons développé un modèle du sommeil, en utilisant des cellules dissociées de cortex. Nous avons essayé de reproduire les corrélats du sommeil et de l'éveil in vitro. Pour ce faire, nous avons développé des cultures qui montrent les signes électrophysiologiques du sommeil, puis quand stimulées chimiquement passent à un état proche de l'éveil et retournent dans un état de sommeil 24 heures après la stimulation. Notre modèle n'est pas parfait, mais nous avons montré que nous pouvions obtenir les corrélats électrophysiologiques, transcriptionnels et métaboliques du sommeil dans des cellules corticales dissociées. (2) Pour mieux comprendre ce qui se passe au niveau moléculaire et cellulaire durant les différents états de vigilance, nous avons utilisé ce modèle in vitro pour disséquer les différentes voies de signalisation moléculaire. Nous avons donc bloqué pharmacologiquement les voies majeures. Nous avons mis en évidence la voie Erkl/2 qui joue un rôle majeur dans la régulation du sommeil et dans la transcription des gènes qui corrèlent avec le cycle veille-sommeil. En effet, l'inhibition pharmacologique de cette voie chez la souris diminue de 2 heures la quantité du sommeil journalier et consolide l'éveil et le sommeil en diminuant leur fragmentation. (3) Finalement, nous avons cherché la présence du sommeil chez l'Hydre. Pour cela, nous avons étudié le comportement de l'Hydre pendant 24-48h et montrons que des périodes d'inactivité, semblable au sommeil, sont présentes dans cette espèce primitive. L'ensemble de ces travaux indique que le sommeil est une propriété cellulaire, présent chez tout animal avec un système nerveux et régulé par une voie de signalisation phylogénétiquement conservée.

Aspects de la représentation de l'autre dans les romans grecs et "Les Métamorphoses" d'Apulée

Les romans grecs et les Métamorphoses d'Apulée - même si les modalités sont différentes pour ce dernier - sont des fictions en prose qui fonctionnent autour de topoi auxquels la figure de l'Autre n'échappe pas. Bien que le monde grec soit alors radicalement différent de ce qu'il était au Ve siècle avant J.-C, période à laquelle l'identité grecque est construite par opposition à la figure du barbare, les romanciers qui prennent la plume à partir du 1er siècle avant notre ère utilisent un certain nombre de stéréotypes hérités de l'époque classique, alors mise à l'honneur par le mouvement de la Seconde Sophistique. Il s'agit d'étudier dans le détail certains éléments de la représentation de l'Autre pour déterminer qui il est, comment il se comporte, ce qui le constitue en Autre. Puis, à partir de cette esquisse, nécessairement incomplète, d'évaluer ce que cette représentation peut induire sur l'image de l'identité grecque à l'époque impériale, par le jeu de miroir que F. Hartog a décelé dans l'oeuvre d'Hérodote. Une première partie est consacrée aux rapports entre l'homme et l'animal ainsi qu'à l'image de la sauvagerie, ce qui permet d'explorer les bornes romanesques de l'humanité. La seconde partie s'attache à des éléments que l'époque classique a plus particulièrement mis en avant pour distinguer les Grecs des non-Grecs : le critère de la langue, l'art de faire la guerre et le discours politique qui est tenu sur les institutions barbares. La troisième partie étudie la place des dieux et des pratiques religieuses dans la définition de l'Autre. J'espère ainsi contribuer à la compréhension du genre romanesque et des représentations culturelles de l'empire « gréco-romain ». -- The Greek novels and The Metamorphoses of Apuleius, even if it is in different terms for the last, are prose fictions which are based on topoi, and the figure of the Other is one of them. Although the Greek world was radically different of what it was in the fifth century BC, time during which Greek identity is contructed as opposed to the figure of the barbaros, the authors of novels, who wrote from the first century BC onward, used some stereotypes inherited from classical period, which was celebrated by the Second Sophistic movement. The aim of this thesis is to study in detail some elements of the representation of the Other to determine who it is, how he behaves, what makes him other. Then, from this sketch, necessarily incomplete, to evaluate what this representation says about the image of Greek identity in the imperial age, according to the play of the mirror detected by F. Hartog in the text of Herodotus. The first part of the thesis is dedicated to the relationship between man and animal and to the image of savagery, in order to explore the novelistic limits of humanity. The second part concentrates on elements that classical period had particularly insisted on to promote the distinction between Greeks and non-Greeks : the linguistic criterion, the way to make war, and the politic discourse on the barbaric institutions. The third part study the place of the gods and of religious practices in the definition of the Other. I hope to contribute to the understanding of novel genre and of cultural representations of the « greco- roman- empire ».

Image guided critical screw placement precision in the cervical spine : important or incidental? : results of a series of 91 consecutive cases using OVEM

Study design: A retrospective study of image guided cervical implant placement precision. Objective: To describe a simple and precise classification of cervical critical screw placement. Summary of Background Data: "Critical" screw placement is defined as implant insertion into a bone corridor which is surrounded circumferentially by neurovascular structures. While the use of image guidance has improved accuracy, there is currently no classification which provides sufficient precision to assess the navigation success of critical cervical screw placement. Methods: Based on postoperative clinical evaluation and CT imaging, the orthogonal view evaluation method (OVEM) is used to classify screw accuracy into grade I (no cortical breach), grade la (screw thread cortical breach), grade II (internal diameter cortical breach) and grade III (major cortical breach causing neural or vascular injury). Grades II and III are considered to be navigation failures, after accounting for bone corridor / screw mismatch (minimal diameter of targeted bone corridor being smaller than an outer screw diameter). Results: A total of 276 screws from 91 patients were classified into grade I (64.9%), grade la (18.1%), and grade II (17.0%). No grade III screw was observed. The overall rate of navigation failure was 13%. Multiple logistic regression indicated that navigational failure was significantly associated with the level of instrumentation and the navigation system used. Navigational failure was rare (1.6%) when the margin around the screw in the bone corridor was larger than 1.5 mm. Conclusions: OVEM evaluation appears to be a useful tool to assess the precision of critical screw placement in the cervical spine. The OVEM validity and reliability need to be addressed. Further correlation with clinical outcomes will be addressed in future studies.