Heparan sulfate 6-O-sulfotransferase 1, a gene involved in extracellular sugar modifications, is mutated in patients with idiopathic hypogonadotrophic hypogonadism.

Neuronal development is the result of a multitude of neural migrations, which require extensive cell-cell communication. These processes are modulated by extracellular matrix components, such as heparan sulfate (HS) polysaccharides. HS is molecularly complex as a result of nonrandom modifications of the sugar moieties, including sulfations in specific positions. We report here mutations in HS 6-O-sulfotransferase 1 (HS6ST1) in families with idiopathic hypogonadotropic hypogonadism (IHH). IHH manifests as incomplete or absent puberty and infertility as a result of defects in gonadotropin-releasing hormone neuron development or function. IHH-associated HS6ST1 mutations display reduced activity in vitro and in vivo, suggesting that HS6ST1 and the complex modifications of extracellular sugars are critical for normal development in humans. Genetic experiments in Caenorhabditis elegans reveal that HS cell-specifically regulates neural branching in vivo in concert with other IHH-associated genes, including kal-1, the FGF receptor, and FGF. These findings are consistent with a model in which KAL1 can act as a modulatory coligand with FGF to activate the FGF receptor in an HS-dependent manner.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Synergistic effect of GDNF and NGF on axonal branching and elongation in vitro.

There is a clinical need to enhance functional recovery of injured peripheral nerves. Local administration of neurotrophic factors (NTFs) after surgical repair has been proposed for this purpose. Little is known, however, on the optimal local dose and dosing frequency of NTFs in a peripheral nerve defect. For increasing our knowledge on biologically relevant local NTFs concentrations and for making available an in vitro assay for assessing the bioactivity of NTFs in connection with implantable localized delivery systems, we developed in this study a bioassay for NTFs, which is based on dorsal root ganglion (DRG) explants from E9 (9 days old) chicken embryos. Axonal elongation and extent of axonal branching was analyzed microscopically after addition of glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) and nerve growth factor (NGF), each alone and in combination. GDNF significantly promoted axonal elongation, but only little axonal branching, whereas NGF induced extensive axonal branching with modest axonal elongation. The combination of GDNF and NGF exerted a synergistic effect on the axonal elongation, axonal branching and growth kinetics. GDNF and NGF also enhanced the expression of their respective functional receptors Ret and TrkA on the DRG neurons. This information should be relevant for the development of implants containing NTFs and on drug therapy of damaged peripheral nerves.

MAMOT: hidden Markov modeling tool.

Hidden Markov models (HMMs) are probabilistic models that are well adapted to many tasks in bioinformatics, for example, for predicting the occurrence of specific motifs in biological sequences. MAMOT is a command-line program for Unix-like operating systems, including MacOS X, that we developed to allow scientists to apply HMMs more easily in their research. One can define the architecture and initial parameters of the model in a text file and then use MAMOT for parameter optimization on example data, decoding (like predicting motif occurrence in sequences) and the production of stochastic sequences generated according to the probabilistic model. Two examples for which models are provided are coiled-coil domains in protein sequences and protein binding sites in DNA. A wealth of useful features include the use of pseudocounts, state tying and fixing of selected parameters in learning, and the inclusion of prior probabilities in decoding. AVAILABILITY: MAMOT is implemented in C++, and is distributed under the GNU General Public Licence (GPL). The software, documentation, and example model files can be found at http://bcf.isb-sib.ch/mamot

Arrested kinetic Li isotope fractionation at the margin of the llimaussaq complex, South Greenland: Evidence for open-system processes during final cooling of peralkaline igneous rocks

Li contents [Li] and isotopic composition (delta Li-7) of mafic minerals (mainly amphibole and clinopyroxene) from the alkaline to peralkaline Ilimaussaq plutonic complex, South Greenland, track the behavior of Li and its isotopes during magmatic differentiation and final cooling of an alkaline igneous system. [Li] in amphibole increase from < 10 ppm in Caamphiboles of the least differentiated unit to >3000 ppm in Na-amphiboles of the highly evolved units. In contrast, [Li] in clinopyroxene are comparatively low (<85 ppm) and do not vary systematically with differentiation. The distribution of Li between amphibole and pyroxene is controlled by the major element composition of the minerals (Ca-rich and Na-rich, respectively) and changes in oxygen fugacity (due to Li incorporation via coupled substitution with ferric iron) during magmatic differentiation. delta(7) Li values of all minerals span a wide range from + 17 to - 8 parts per thousand, with the different intrusive units of the complex having distinct Li isotopic systematics. Amphiboles, which dominate the Li budget of whole-rocks from the inner part of the complex, have constant delta Li-7 of + 1.8 +/- 2.2 parts per thousand (2 sigma, n = 15). This value reflects a homogeneous melt reservoir and is consistent with their mantle derivation, in agreement with published O and Nd isotopic data. Clinopyroxenes of these samples are consistently lighter, with Delta Li-7(amph-cpx). as large as 8 parts per thousand and are thus not in Li isotope equilibrium. These low values probably reflect late-stage diffusion of Li into clinopyroxene during final cooling of the rocks, thus enriching the clinopyroxene in 6 Li. At the margin of the complex delta(7) Li in the syenites increases systematically, from +2 to high values of + 14 parts per thousand. This, coupled with the observed Li isotope systematics of the granitic country rocks, reflects post-magmatic open-system processes occurring during final cooling of the intrusion. Although the shape and magnitude of the Li isotope and elemental profiles through syenite and country rock are suggestive of diffusion-driven isotope fractionation, they cannot be modeled by one-dimensional diffusive transport and point to circulation of a fluid having a high 67 Li value (possibly seawater) along the chilled contact. In all, this study demonstrates that Li isotopes can be used to identify complex fluid- and diffusion-governed processes taking place during the final cooling of such rocks. (c) 2007 Elsevier B.V All rights reserved.