Canine distemper virus : persistence and pathology in the central nervous system

Résumé : Le virus de la maladie de Carré (en anglais: canine distemper virus, CDV) qui est pathogène pour les chiens et autres carnivores, est très semblable au virus de la rougeole humaine (en anglais MV). Ces deux virus font partie du genre des Morbillivirus qui appartient à la famille des Paramyxoviridae. Ils induisent des complications dans le système nerveux central (SNC). Au stade précoce et aigu de l'infection du SNC, le CDV induit une démyélinisation (1). Ce stade évolue dans certains cas vers une infection chronique avec progression de la démyélinisation. Pendant le stade précoce, qui suit en général de trois semaines les premiers symptômes, le processus de démyélinisation est associé à la réplication du virus et n'est pas considéré comme inflammatoire (1). Par contre, au stade chronique, la progression des plaques de démyélinisation semble être plutôt liée à des processus immunogènes caractéristiques (2), retrouvés également dans la sclérose en plaques (SEP) chez les humains. Pour cette raison, le CDV est considéré comme un modèle pour la SEP humaine et aussi pour l'étude des maladies et complications induites par les Morbillivirus en général (3). Dans notre laboratoire, nous avons utilisé la souche A75/17-CDV, qui est considérée comme le modèle des souches neurovirulentes de CDV. Nous avons cherché en premier lieu à établir un système robuste pour infecter des cultures neuronales avec le CDV. Nous avons choisi les cultures primaires de l'hippocampe du nouveau-né de rat (4), que nous avons ensuite infecté avec une version modifiée du A75/17, appelée rgA75/17-V (5). Dans ces cultures, nous avons prouvé que le CDV infecte des neurones et des astrocytes. Malgré une infection qui se diffuse lentement entre les cellules, cette infection cause une mort massive aussi bien des neurones infectés que non infectés. En parallèle, les astrocytes perdent leur morphologie de type étoilé pour un type polygonal. Finalment, nous avons trouvé une augmentation importante de la concentration en glutamate dans le milieu de culture, qui laisse présumer une sécrétion de glutamate par les cultures infectées (6). Nous avons ensuite étudié le mécanisme des effets cytopathiques induits par le CDV. Nous avons d'abord démontré que les glycoprotéines de surface F et H du CDV s'accumulent massivement dans le réticulum endoplasmique (RE). Cette accumulation déclenche un stress du RE, qui est caractérisé par une forte expression du facteur de transcription proapoptotique CHOP/GADD 153 et de le la calreticuline (CRT). La CRT est une protéine chaperonne localisée dans le RE et impliquée dans l'homéostasie du calcium (Ca2+) et dans le repliement des protéines. En transfectant des cellules de Vero avec des plasmides codant pour plusieurs mutants de la glycoprotéine F de CDV, nous avons démontré une corrélation entre l'accumulation des protéines virales dans le RE et l'augmentation de l'expression de CRT, le stress du RE et la perte de l'homéostasie du Ca2+. Nous avons obtenu des résultats semblables avec des cultures de cellules primaires de cerveau de rat. Ces résultats suggèrent que la CRT joue un rôle crucial dans les phénomènes neurodégénératifs pendant l'infection du SNC, notamment par le relazgage du glutamate via le Ca2+. De manière intéressante, nous démontrons également que l'infection de CDV induit une fragmentation atypique de la CRT. Cette fragmentation induit une re-localisation et une exposition sélective de fragments amino-terminaux de la CRT, connus pour êtres fortement immunogènes à la surface des cellules infectées et non infectées. A partir de ce résultat et des résultats précédents, nous proposons le mécanisme suivant: après l'infection par le CDV, la rétention dans le RE des protéines F et H provoque un stress du RE et une perte de l'homéostasie du Ca2+. Ceci induit la libération du glutamate, qui cause une dégénération rapide du SNC (sur plusieurs jours ou semaines) correspondant à la phase aiguë de la maladie chez le chien. En revanche, les fragments amino-terminaux de la CRT libérés à la surface des cellules infectées peuvent avoir un rôle important dans l'établissement d'une démyélinisation d'origine immunogène, typique de la phase chronique de l'infection de CDV. Summary : The dog pathogen canine distemper virus (CDV), closely related to the human pathogen measles virus (MV), belongs to the Morbillivirus genus of the Paramyxoviridae family. Both CDV and NIV induce complications in the central nervous system (CNS). In the acute early stage of the infection in CNS, the CDV infection induces demyelination. This stage is sometimes followed by a late persistent stage of infection with a progression of the demyelinating lesions (1). The acute early stage occurs around three weeks after the infection and demyelinating processes are associated with active virus replication and are not associated to inflammation (1). In contrast during late persistent stage, the demyelination plaque progression seems to be mainly due to an immunopathological process (2), which characteristics are shared in many aspects with the human disease multiple sclerosis (MS). For these reasons, CDV is considered as a model for human multiple sclerosis, as well as for the study of Morbillivirus-mediated pathogenesis (3). In our laboratory, we used the A75/17-CDV strain that is considered to be the prototype of neurovirulent CDV strain. We first sought to establish a well characterized and robust model for CDV infection of a neuronal culture. We chose primary cultures from newborn rat hippocampes (4) that we infected with a modified version of A75/17, called rgA75/17-V (5). In these cultures, we showed that CDV infects both neurons and astrocytes. While the infection spreads only slowly to neighbouring cells, it causes a massive death of neurons, which includes also non-infected neurons. In parallel, astrocytes undergo morphological changes from the stellate type to the polygonal type. The pharmacological blocking of the glutamate receptors revealed an implication of glutamatergic signalling in the virus-mediated cytopathic effect. Finally, we found a drastic increase concentration of glutamate in the culture medium, suggesting that glutamate was released from the cultured cells (6). We further studied the mechanism of the CDV-induced cytopathic effects. We first demonstrated that the CDV surface glycoprotein F and H markedly accumulate in the endoplasmic reticulum (ER). This accumulation triggers an ER stress, which is characterized by increased expression of the proapoptotic transcription factor CHOP/GADD 153 and calreticulin (CRT). CRT is an ER resident chaperon involved in the Ca2+ homeostasis and in the response to misfolded proteins. Transfections of Vero cells with plasmids encoding various CDV glycoprotein mutants reveal a correlation between accumulation of viral proteins in the ER, CRT overexpression, ER stress and alteration of ER Ca2+ homeostasis. Importantly, similar results are also obtained in primary cell cultures from rat brain. These results suggest that CRT plays a crucial role in CNS infection, particularly due to CRT involvement in Ca2+ mediated glutamate releases, and subsequent neurodegenerative disorders. Very intriguingly, we also demonstrated that CDV infection induces an atypical CRT fragmentation, with relocalisation and selective exposure of the highly immunogenic CRT N-terminal fragments at the surface of infected and neighbouring non-infected cells. Altogether our results combined with previous findings suggest the following scenario. After CDV infection, F and H retention alter Ca2+ homeostasis, and induce glutamate release, which in turn causes rapid CNS degeneration (within days or a week) corresponding to the acute phase of the disease in dogs. In contrast, the CRT N-terminal fragments released at the surface of infected cells may rather have an important role in the establishment of the autoimmune demyelination in the late stage of CDV infection.

Characterization of the PHO1 gene family and the responses to phosphate deficiency of Physcomitrella patens.

PHO1 was previously identified in Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) as a protein involved in loading inorganic phosphate (Pi) into the xylem of roots and its expression was associated with the vascular cylinder. Seven genes homologous to AtPHO1 (PpPHO1;1-PpPHO1;7) have been identified in the moss Physcomitrella patens. The corresponding proteins harbor an SPX tripartite domain in the N-terminal hydrophilic portion and an EXS domain in the conserved C-terminal hydrophobic portion, both common features of the plant PHO1 family. Northern-blot analysis showed distinct expression patterns for the PpPHO1 genes, both at the tissue level and in response to phosphate deficiency. Transgenic P. patens expressing the beta-glucuronidase reporter gene under three different PpPHO1 promoters revealed distinct expression profiles in various tissues. Expression of PpPHO1;1 and PpPHO1;7 was specifically induced by Pi starvation. P. patens homologs to the Arabidopsis PHT1, DGD2, SQD1, and APS1 genes also responded to Pi deficiency by increased mRNA levels. Morphological changes associated with Pi deficiency included elongation of caulonemata with inhibition of the formation of side branches, resulting in colonies with greater diameter, but reduced mass compared to Pi-sufficient plants. Under Pi-deficient conditions, P. patens also increased the synthesis of ribonucleases and of an acid phosphatase, and increased the ratio of sulfolipids over phospholipids. These results indicate that P. patens and higher plants share some common strategies to adapt to Pi deficiency, although morphological changes are distinct, and that the PHO1 proteins are well conserved in bryophyte despite the lack of a developed vascular system.

Intrauterine growth restriction is associated with structural alterations in human umbilical cord and decreased nitric oxide-induced relaxation of umbilical vein.

INTRODUCTION: Intrauterine growth restriction (IUGR) affects ∼8% of all pregnancies and is associated with major perinatal mortality and morbidity, and with an increased risk to develop cardiovascular diseases in adulthood. Despite identification of several risk factors, the mechanisms implicated in the development of IUGR remain poorly understood. In case of placental insufficiency, reduced delivery of oxygen and/or nutrients to the fetus could be associated with alterations in the umbilical circulation, contributing further to the impairment of maternal-fetal exchanges. We compared the structural and functional properties of umbilical cords from growth-restricted and appropriate for gestational age (AGA) term newborns, with particular attention to the umbilical vein (UV). METHODS: Human umbilical cords were collected at delivery. Morphological changes were investigated by histomorphometry, and UV's reactivity by pharmacological studies. RESULTS: Growth-restricted newborns displayed significantly lower growth parameters, placental weight and umbilical cord diameter than AGA controls. Total cross-section and smooth muscle areas were significantly smaller in UV of growth-restricted neonates than in controls. Maximal vasoconstriction achieved in isolated UV was lower in growth-restricted boys than in controls, whereas nitric oxide-induced relaxation was significantly reduced in UV of growth-restricted girls compared to controls. CONCLUSION: IUGR is associated with structural alterations of the UV in both genders, and with a decreased nitric oxide-induced relaxation in UV of newborn girls, whereas boys display impaired vasoconstriction. Further investigations will allow to better understand the regulation of umbilical circulation in growth-restricted neonates, which could contribute to devise potential novel therapeutic strategies to prevent or limit the development of IUGR.

Spontaneous Atopic Dermatitis-Like Symptoms in a/a ma ft/ma ft/J Flaky Tail Mice Appear Early after Birth.

Loss-of-function mutations in human profilaggrin gene have been identified as the cause of ichthyosis vulgaris (IV), and as a major predisposition factor for atopic dermatitis (AD). Similarly, flaky tail (a/a ma ft/ma ft/J) mice were described as a model for IV, and shown to be predisposed to eczema. The aim of this study was to correlate the flaky tail mouse phenotype with human IV and AD, in order to dissect early molecular events leading to atopic dermatitis in mice and men, suffering from filaggrin deficiency. Thus, 5-days old flaky tail pups were analyzed histologically, expression of cytokines was measured in skin and signaling pathways were investigated by protein analysis. Human biopsies of IV and AD patients were analyzed histologically and by real time PCR assays. Our data show acanthosis and hyperproliferation in flaky tail epidermis, associated with increased IL1β and thymic stromal lymphopoietin (TSLP) expression, and Th2-polarization. Consequently, NFκB and Stat pathways were activated, and IL6 mRNA levels were increased. Further, quantitative analysis of late epidermal differentiation markers revealed increased Small proline-rich protein 2A (Sprr2a) synthesis. Th2-polarization and Sprr2a increase may result from high TSLP expression, as shown after analysis of 5-days old K14-TSLP tg mouse skin biopsies. Our findings in the flaky tail mouse correlate with data obtained from patient biopsies of AD, but not IV. We propose that proinflammatory cytokines are responsible for acanthosis in flaky tail epidermis, and together with the Th2-derived cytokines lead to morphological changes. Accordingly, the a/a ma ft/ma ft/J mouse model can be used as an appropriate model to study early AD onset associated with profilaggrin deficiency.

Urinary Sphincter Based on Electronics and Artificial Muscles

Objectives: The AMS 800 is the current artifi cial urinary sphincter (AUS) forincontinence due to intrinsic sphincter defi ciency. Despite good clinical results,technical failures inherent to the hydraulic mechanism or urethral ischemicinjury contribute to revisions up to 60%. We are developing an electronic AUS,called ARTUS to overcome the rigors of AMS. The objective of this study wasto evaluate the technical effi cacy and tissue tolerance of the ARTUS systemin an animal model.Methods: The ARTUS is composed by three parts: thecontractile unit, a series of rings and an integrated microprocessor. The contractileunit is made of Nitinol fi bers. The rings are placed around the urethrato control the fl ow of urine by squeezing the urethra. They work in a sequentialalternative mode and are controlled by a microprocessor. In the fi rst phase athree-rings device was used while in the second phase a two-rings ARTUS wasused. The device was implanted in 14 sheep divided in two groups of six andeight animals for study purpose. The fi rst group aimed at bladder leak pointpressure (BLPP) measurement and validation of the animal model; the secondgroup aimed at verifying midterm tissue tolerance by explants at twelve weeks.General animal tolerance was also evaluated.Results: The ARTUS systemimplantation was uneventful. When the system was activated, the BLPP wasmeasured at 1.038 ± 0.044 bar (mean ± SD). Urethral tissue analysis did notshow signifi cant morphological changes. No infection and no sign of discomfortwere noted in animals at 12 weeks.Conclusions: The ARTUS proved to beeffective in continence achievement in this study. Histological results supportour idea that a sequential alternative mode can avoid urethral atrophy andischemia. Further technical developments are needed to verify long-termoutcome and permit human use.

Mechanism of HFR1 function in adaptive growth responses in "Arabidopsis thaliana"

AbstractPlants are sessile organisms, which have evolved an astonishing ability to sense changes in their environment. Depending on the surrounding conditions, such as changes in light and temperature, plants modulate the activity of important transcriptional regulators. The shade avoidance syndrome (SAS) is one important mechanism for shade-intolerant plants to adapt their growth in high vegetative density. In shaded conditions plants sense a diminished red/far-red ratio via the phytochrome system and respond with morphological changes such as elongation growth of stems and petioles. The Phytochrome Interacting Factors 4 and 5 (PIF4 and PIF5) are positive regulators of the SAS and required for a full response (Lorrain et al, 2008). They regulate the SAS by inducing the expression of shade avoidance marker genes such as PIL1, ATHB2, XTR7 and HFR1 (Hornitschek et al, 2009; Lorrain et al, 2008).I investigated the molecular mechanism underlying the regulation of the SAS by HFR1 (long Hypocotyl in FR light). Although HFR1 is a PIF-related bHLH transcription factor, we discovered that HFR1 is a non-DNA binding protein. Moreover, we revealed that HFR1 inhibits an exaggerated SAS by forming non-DNA binding heterodimers with PIF4 and PIF5 (Hornitschek et al, 2009). This negative feedback loop is an important mechanism to limit elongation growth also in elevated temperatures. HFR1 accumulation and activity are highly temperature-dependent and the increased activity of HFR1 at warmer temperatures also provides an important restraint on PIF4-driven elongation growth (Foreman et al, 2011).Finally we performed a genome-wide analysis to determine how PIF4 and PIF5 regulate growth in response to shade. We identified potential PIF5- target genes, which represent many well-known shade-responsive genes. Our analysis of gene expression also revealed a role of PIF4 and PIF5 in simulated sun possibly via the regulation of auxin sensitivity.RésuméLes plantes sont des organismes sessiles ayant développé une capacité surprenante à détecter des changements dans leur environnement. En fonction des conditions extérieures, telles que les variations de lumière ou de température, elles adaptent l'activité d'importants régulateurs transcriptionnels. Le syndrome d'évitement de l'ombre (SAS), est un mécanisme important pour les plantes intolérantes à l'ombre leur permettant d'adapter leur croissance lorsqu'elles se développent dans des conditions de végétations très denses. Dans ces conditions, les plantes détectent une réduction de la quantité relative de lumière rouge par rapport à la lumière rouge-lointain (rapport R/FR). Ce changement, perçu via le système des phytochromes, induit des modifications morphologiques telle qu'une élongation des tiges et des pétioles. Les protéines PIF4 et PIF5 (Phytochrome Interacting Factors) sont des régulateurs positifs du SAS et sont nécessaires pour une réponse complète (Lorrain et al, 2008). Ces facteurs de transcription régulent le SAS en induisant l'expression de gènes marqueurs de cette réponse tels que PIL1, ATHB2, XTR7 et HFR1 (Hornitschek et al, 2009; Lorrain et al, 2008).J'ai étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation du SAS par HFR1 (long Hypocotyl in FR light). HFR1 est un facteur de transcription type bHLH de la famille des PIF, quoique nous ayons découvert que HFR1 est une protéine ne se liant pas à Γ ADN. Nous avons montré que HFR1 inhibe un SAS exagéré en formant des heterodimères avec PIF4 et PIF5 (Hornitschek et al, 2009). Nous avons également montré que cette boucle de régulation négative est également un mécanisme important pour limiter la croissance de l'élongation dans des conditions de fortes températures. De plus l'accumulation et l'activité de HFR1 augmentent avec la température ce qui permet d'inhiber plus fortement l'effet activateur de PIF4 sur la croissance.Enfin, nous avons effectué une analyse génomique à large échelle afin de déterminer comment PIF4 et PIF5 régulent la croissance en réponse à l'ombre. Nous avons identifié les gènes cibles potentiels de PIF5, correspondant en partie à des gènes connus dans la réponse de l'évitement de l'ombre. Notre analyse de l'expression des gènes a également révélé un rôle important de PIF4 et PIF5 dans des conditions de croissance en plein soleil, probablement via la régulation de la sensibilité à l'auxine.

WNT Signaling in Drosophila Neuromuscular Junctions

The Wnt -Wingless (Wg) in Drosophila- signaling is an evolutionary conserved, fundamental signal transduction pathway in animals, having a crucial role in early developmental processes. In the adult animal the Wnt cascade is mainly shut off; aberrant activation leads to cancer. One physiological exception in the adult animal is the activation of Wnt signaling in the nervous system. In the present work, we investigated Wg signaling in the Drosophila neuromuscular junctions (NMJs). The fly NMJs closely resemble the glutamatergic synapses in the mammalian central nervous system and serves as a model system to investigate the mechanism of synapse formation and stability. We demonstrate that the trimeric G-protein Go has a fundamental role in the presynaptic cell in the NMJ. It is implicated in the presynaptic Wg pathway, acting downstream of the ligand Wg and its receptor Frizzled2 (Fz2). Furthermore, we prove that the presynaptic Wg-Fz2-Gαo pathway is essential for correct NMJ formation. The neuronal protein Ankyrin2 (Ank2) localizes to the NMJ and has so far been considered to be a static player in NMJ formation, linking the plasma membrane to the cytoskeleton. We identify Ank2 as a direct target of Gαo. The physical and genetic interaction of Gαo with Ank2 represents a novel branch of the presynaptic Wg pathway, regulating the microtubule cytoskeleton in NMJ formation, jointly with the previously established Futsch-dependent branch, which controls microtubule stability downstream of the kinase Sgg (the homolog of GSK3ß). We moreover demonstrate that the Gαo-Ankyrin interaction to regulate the cytoskeleton is conserved in mammalian neuronal cells. Our findings therefore provide a novel, universally valid regulation of the cytoskeleton in the nervous system. Aberrant inactivation of the neuronal Wnt pathway is believed to be involved in the pathogenesis of the Aß peptide in Alzheimer's disease (AD). We modeled AD in Drosophila by expressing Aß42 in the nervous system and in the eye. Neuronal expression drastically shortens the life span of the flies. We prove that this effect depends on the expression specifically in glutamatergic neurons. However, Aß42 does not induce any morphological changes in the NMJ; therefore this synapse is not suitable to study the mechanism of Aß42 induced neurotoxicity. We furthermore demonstrate that genetic activation of the Wnt pathway does not rescue the Aß42 induced phenotypes - in opposition to the dominating view in the field. These results advice caution when interpreting data on the potential interaction of Wnt signaling and AD in other models. -- La voie de signalisation Wnt (Wingless (Wg) chez la drosophile) est conservée dans l'évolution et fondamentale pour le développement des animaux. Cette signalisation est normalement inactive chez l'animal adulte; une activation anormale peut provoquer le cancer. Or, ceci n'est pas le cas dans le système nerveux des adultes. La présente thèse avait pour but d'analyser le rôle de la voie de signalisation Wingless dans la plaque motrice de Drosophila melanogaster. En effet, cette plaque ressemble fortement aux synapses glutaminergiques du système nerveux central des mammifères et procure ainsi un bon modèle pour l'étude des mécanismes impliqués dans la formation et la stabilisation des synapses. Nos résultats montrent que la protéine trimérique Go joue un rôle fondamental dans la fonction de la cellule présynaptique de la plaque motrice. Go est en effet impliqué dans la voie de signalisation Wg, opérant en aval du ligand Wg et de son récepteur Frizzled2. Nous avons pu démontrer que cette voie de signalisation Wg-Fz2-Gαo est essentielle pour le bon développement et le fonctionnement de la plaque motrice. Fait intéressant, nous avons montré que la protéine neuronale Ankyrin2 (Ank2), qui est connue pour jouer un rôle statique en liant la membrane plasmique au cytosquelette dans la plaque motrice, est une cible directe de Gαo. L'interaction physique et génétique entre Gαo et Ank2 constitue ainsi une bifurcation de la voie de signalisation présynaptique Wg. Cette voie régule le cytosquelette des microtubules en coopération avec la branche liée à la protéine Futsch. Cette protéine est l'homologue de la protéine liant les microtubules MAP1B des mammifères et contrôle la stabilité des microtubules opérant en aval de la kinase Sgg (l'homologue de GSK3ß). De plus, la régulation du cytosquelette par l'interaction entre Gαo et Ankyrin est conservée chez les mammifères. Dans leur ensemble, nos résultats ont permis d'identifier un nouveau mode de régulation du cytosquelette dans le système nerveux, probablement valable de manière universelle. La voie de signalisation Wnt est soupçonnée d'être impliquée dans la toxicité provoquée par le peptide Aß dans le cadre de la maladie d'Alzheimer. Nous avons tenté de modéliser la maladie chez la drosophile en exprimant Aß42 spécifiquement dans le cerveau. Cette expérience a montré que l'expression neuronale d'Aß42 réduit la durée de vie des mouches de manière significative par un mécanisme impliquant les cellules glutamatergiques. Par contre, aucune modification morphologique n'est provoquée par Aß42 dans les plaques motrices glutamatergiques. Ces résultats montrent que ce modèle de Drosophile n'est pas adéquat pour l'étude de la maladie d'Alzheimer. De plus, l'activation génétique de la voie de signalisation Wg n'a pas réussi à restaurer les phénotypes de survie ou ceux des yeux causés par Aß42. Ces résultats indiquent que l'implication de la voie de signalisation Wg dans la maladie d'Alzheimer doit être considérée avec prudence.

Phenotypic and molecular characterization of the onset of neuropathy in rodent models of diabetes mellitus

Abstract : The principal focus of this work was to study the molecular changes leading to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). DPN is the most common complication associated with both type I and II diabetes mellitus (DM). This pathology is the leading cause of non-traumatic amputations. Even though the pathological and morphological changes underlying DPN are relatively well described, the implicated molecular mechanisms remain poorly understood. The following two approaches were developed to study the development of DPN in a rodent model of DM type I. As a first approach, we studied the implication of lipid metabolism in DPN phenotype, concentrating on Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-lc which is the key regulator of storage lipid metabolism. We showed that SREBP-1c was expressed in peripheral nerves and that its expression profile followed the expression of genes involved in storage lipid metabolism. In addition, the expression of SREBP-1c in the endoneurium of peripheral nerves was dependant upon nutritional status and this expression was also perturbed in type I diabetes. In line with this, we showed that insulin elevated the expression of SREBP-1c in primary cultured Schwann cells by activating the SREBP-1c promoter. Taken together, these findings reveal that SREBP-1c expression in Schwann cells responds to metabolic stimuli including insulin and that this response is affected in type I diabetes mellitus. This suggests that disturbed SREBP-1c regulated lipid metabolism may contribute to the pathophysiology of DPN. As a second approach, we performed a comprehensive analysis of the molecular changes associated with DPN in the Akital~1~+ mouse which is a model of spontaneous early-onset type I diabetes mellitus. This mouse expresses a mutated non-functional isoform of insulin, leading to hypoinsulinemia and hyperglycaemia. To determine the onset of DPN, weight, blood glucose and motor nerve conduction velocity (MNCV) were measured in Akital+/+ mice during the first three months of life. A decrease in MNCV was evident akeady one week after the onset of hyperglycemia. To explore the molecular changes associated with the development of DPN in these mice, we performed gene expression profiling using sciatic nerve endoneurium and dorsal root ganglia (DRG) isolated from early diabetic male Akita+/+ mice and sex-matched littermate controls. No major transcriptional changes were detected either in the DRG or in the sciatic nerve endoneurium. This experiment indicates that the phenotypic changes observed during the development of DPN are not correlated with major transcriptional alterations, but mainly with alterations at the protein level. Résumé Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1 c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita+/+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique. Résumé : Lors ce travail, nous nous sommes intéressés aux changements moléculaires aboutissant aux neuropathies périphériques dues au diabète (NPD). Les NPD sont la complication la plus commune du diabète de type I et de type II. Cette pathologie est une cause majeure d'amputations. Même si les changements pathologiques et morphologiques associés aux NPD sont relativement bien décrits, les mécanismes moléculaires provoquant cette pathologie sont mal connus. Deux approches ont principalement été utilisées pour étudier le développement des NPD dans des modèles murins du diabète de type I. Nous avons d'abord étudié l'impact du métabolisme des lipides sur le développement des NPD en nous concentrant sur Sterol Response Element Binding Protein (SREBP)-1c qui est un régulateur clé des lipides de stockage. Nous avons montré que SREBP-1 c est exprimé dans les nerfs périphériques et que son profil d'expression suit celui de gènes impliqués dans le métabolisme des lipides de stockage. De plus, l'expression de SREBP-1c dans l'endoneurium des nerfs périphériques est dépendante du statut nutritionnel et est dérégulée lors de diabète de type I. Nous avons également pu montrer que l'insuline augmente l'expression de SREBP-1c dans des cultures primaires de cellules de Schwann en activant le promoteur de SREBP-1c. Ses résultats démontrent que l'expression de SREBP-1c dans les cellules de Schwann est contrôlée par des stimuli métaboliques comme l'insuline et que cette réponse est affectée dans le cas d'un diabète de type I. Ces données suggèrent que la dérégulation de l'expression de SREBP-1c lors du diabète pourrait affecter le métabolisme des lipides et ainsi contribuer à la pathophysiologie des NPD. Comme seconde approche, nous avons réalisé une analyse globale des changements moléculaires associés au développement des NPD chez les souris Akita~~Z~+, un modèle de diabète de type I. Cette souris exprime une forme mutée et non fonctionnelle de l'insuline provoquant une hypoinsulinémie et une hyperglycémie. Afin de déterminer le début du développement de la NPD, le poids, le niveau de glucose sanguin et la vitesse de conduction nerveuse (VCN) ont été mesurés durant les 3 premiers mois de vie. Une diminution de la VCN a été détectée une semaine seulement après le développement de l'hyperglycémie. Pour explorer les changements moléculaires associés avec le développement des NPD, nous avons réalisé un profil d'expression de l'endoneurium du nerf sciatique et des ganglions spinaux isolés à partir de souris Akital+/+ et de souris contrôles Akita+/+. Aucune altération transcriptionnelle majeure n'a été détectée dans nos échantillons. Cette expérience suggère que les changements phénotypiques observés durant le développement des NPD ne sont pas corrélés avec des changements importants au niveau transcriptionnel, mais plutôt avec des altérations au niveau protéique.

Characterization of the neuronal microtubule regulator SCG10 in transfected cells and " in vivo "

SUMMARY The ability of neuronal processes to find their way along complex paths and to establish appropriate connections depends on continual rearrangements of the cytoskeletal components. The regulation of microtubules plays an important role for morphological changes underlying nevrite outgrowth, axonal elongation, and growth cone steering. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) is a neuronal growthassociated protein developmentally regulated and highly enriched in the neuronal growth cones. SCG10 presents a microtubule destabilizing activity that could participate to the regulation of microtubule dynamics and thus explain microtubule behaviors in the growth cone during axonal elongation and turning. It is here suggested that a tight control of the opposite effects on microtubules of SCG10 and the stabilizing microtubule-associated protein MAP1B allows a fine tuning of cytoskeletal rearrangement and may provide the required microtubule dynamic instability to promote axonal growth. Moreover, antibodyblockade of SCG10 function, that leads to growth cone pauses similar as those triggered by the guidance molecule EphB, and the modulation of SCG10 activity by the Rho GTPase Rnd1 suggest a potential role for SCG10 in the signal transduction pathways of extracellular guidance cues. The identification of the active zone protein Bassoon as a potential interaction partner for the SCG10-related protein NPC2, using atomic force microscopy as well as COS-7 and neuronal cell cultures, also gives new insights for a role of this protein family into the processes of synapse genesis or plasticity. Finally, SCG10 mutant mice generated by gene targeting and expressing a soluble form of the protein have been characterized during early postnatal development and in the adulthood. Due to the deletion of its membrane binding domain, SCG10 specific subcellular targeting to growth cones is compromised and results in impairments of motor and coordination development. Further histological analysis in the sciatic nerve reveal that these symptoms are associated with neurodegenerative signs. RESUME Une navigation correcte des prolongements cellulaires neuronaux leur permettant de former des connections appropriées repose sur de continuels réarrangements des constituants de leur cytosquelette. La régulation des microtubules joue notamment un rôle important dans les changements morphologiques qui accompagnent la croissance axonale et les réorientations du cône de croissance. SCG10 (superior cervical ganglion clone 10) est une protéine étroitement associée à la croissance neuronale, hautement régulée durant le développement et abondante au niveau du cône de croissance. SCG10 présente une activité déstabilisatrice sur les microtubules qui pourrait permettre une régulation des paramètres dynamiques propres aux microtubules et ainsi expliquer leur comportement durant la navigation du cône de croissance. Il est ici proposé qu'un contrôle précis des effets opposés de SCG10 et d'une autre protéine stabilisante associée aux microtubules (MAP1 B) permette un réglage fin des réarrangements du cytosquelette et puisse ainsi produire l'instabilité dynamique nécessaire à la croissance anale. Par ailleurs, le blocage de la fonction de SCG10 par un anticorps spécifique, conduisant à des pauses du cônes de croissance similaires à celles provoquées par la molécule de guidage EphB, ainsi que la modulation de l'activité de SCG10 par la Rho GTPase Rnd1 suggèrent une potentielle implication de SCG10 dans les voies de transduction des signaux provenant de molécules de guidage extracellulaires. L'identification d'une interaction de la protéine synaptique Bassoon avec la protéine NPC2 apparentée à SCG10, au moyen de la microscopie à force atomique et dans des cultures de cellules neuronales et COS-7, ouvre des perspectives concernant ces protéines dans la formation et la plasticité synaptiques. Finalement, des souris mutantes pour SCG10 produites par ciblage de gène et exprimant une forme soluble de la protéine ont été caractérisées durant la phase précoce du développement et à l'âge adulte. La délétion du domaine permettant l'ancrage de SCG10 aux membranes compromet sa sub-localisation au niveau du cône de croissance et résulte en l'apparition de troubles moteurs et de la coordination. Des analyses histologiques complémentaires au niveau du nerf sciatique montrent que ces symptômes sont associés avec des signes neurodégénératifs.

Low concentrations of 3-hydroxy glutarate leads to ammonium accumulation and non-apoptotic cell death in developing brain cells

We previously showed in a 3D rat brain cell in vitro model for glutaric aciduria type-I that repeated application of 1mM 3-hydroxy-glutarate (3-OHGA) caused ammonium accumulation, morphologic alterations and induction of non-apoptotic cell death in developing brain cells. Here, we performed a dose-response study with lower concentrations of 3- OHGA.We exposed our cultures to 0.1, 0.33 and 1mM 3-OHGA every 12h over three days at two developmental stages (DIV5-8 and DIV11-14). Ammonium accumulation was observed at both stages starting from 0.1mM 3-OHGA, in parallel with a glutamine decrease. Morphological changes started at 0.33mM with loss of MBP expression and loss of astrocytic processes. Neurons were not substantially affected. At DIV8, release of LDH in the medium and cellular TUNEL staining increased from 0.1mM and 0.33mM 3-OHGA exposure, respectively. No increase in activated caspase-3 was observed. We confirmed ammonium accumulation and non-apoptotic cell death of brain cells in our in vitro model at lower 3-OHGA concentrations thus strongly suggesting that the observed effects are likely to take place in the brain of affected patients. The concomitant glutamine decrease suggests a defect in the astrocyte ammonium buffering system. Ammonium accumulation might be the cause of non-apoptotic cell death.

Characterization of the Morphological and Molecular Changes Associated with Diabetic Peripheral Neuropathy in Type 2 Diabetes

More than 246 million individuals worldwide are affected by diabetes mellitus (DM) and this number is rapidly increasing (http://www.eatlas. idf.org). 90% of all diabetic patients have type 2 DM, which is characterized by insulin resistance and b-cell dysfunction. Even though diabetic peripheral neuropathy (DPN) is the major chronic complication of DM its underlying pathophysiological mechanisms still remain unknown. To get more insight into the DPN associated with type 2 DM, we characterized the rodent model of this form of diabetes, the db/db mice. The progression of pathological changes in db/db mice mimics the ones observed in humans: increase of the body weight, insulin insensitivity, elevated blood glucose level and reduction in nerve conduction velocity (NCV). Decreased NCV, present in many peripheral neuropathies, is usually associated with demyelination of peripheral nerves. However, our detailed analysis of the sciatic nerves of db/db mice exposed for 4 months to hyperglycemia, failed to reveal any signs of demyelination in spite of significantly reduced NCV in these animals. We therefore currently focus our analysis on the structure of Nodes of Ranvier, regions of intense axo-glial interactions, which also play a crucial role in rapid saltatory impulse conduction. In addition we are also evaluating molecular changes in somas of sensory neurons projecting through sciatic nerve, which are localized in the dorsal root ganglia. We hope that the combination of these approaches will shed light on molecular alterations leading to DPN as a consequence of type 2 DM.

Morphological, hydrological, biogeochemical and ecological changes and challenges in river restoration - the Thur River case study

River restoration can enhance river dynamics, environmental heterogeneity and biodiversity, but the underlying processes governing the dynamic changes need to be understood to ensure that restoration projects meet their goals, and adverse effects are prevented. In particular, we need to comprehend how hydromorphological variability quantitatively relates to ecosystem functioning and services, biodiversity as well as ground-and surface water quality in restored river corridors. This involves (i) physical processes and structural properties, determining erosion and sedimentation, as well as solute and heat transport behavior in surface water and within the subsurface; (ii) biogeochemical processes and characteristics, including the turnover of nutrients and natural water constituents; and (iii) ecological processes and indicators related to biodiversity and ecological functioning. All these aspects are interlinked, requiring an interdisciplinary investigation approach. Here, we present an overview of the recently completed RECORD (REstored CORridor Dynamics) project in which we combined physical, chemical, and biological observations with modeling at a restored river corridor of the perialpine Thur River in Switzerland. Our results show that river restoration, beyond inducing morphologic changes that reshape the river bed and banks, triggered complex spatial patterns of bank infiltration, and affected habitat type, biotic communities and biogeochemical processes. We adopted an interdisciplinary approach of monitoring the continuing changes due to restoration measures to address the following questions: How stable is the morphological variability established by restoration? Does morphological variability guarantee an improvement in biodiversity? How does morphological variability affect biogeochemical transformations in the river corridor? What are some potential adverse effects of river restoration? How is river restoration influenced by catchment-scale hydraulics [GRAPHICS] and which feedbacks exist on the large scale? Beyond summarizing the major results of individual studies within the project, we show that these overarching questions could only be addressed in an interdisciplinary framework.

Cellular schwannomas of the intracranial and intraspinal compartment: morphological and immunological characteristics compared with classical benign schwannomas.

The concept of cellular schwannoma as an unusual benign tumor is well established for peripheral nerves but has never been tested in neurosurgical series. In order to test the validity of this concept in cranial nerves and spinal roots we performed an analysis of the clinical and morphological characteristics of 12 cellular and 166 classical benign schwannomas. Immunohistochemical detection of antigen expression in Schwann cells including proliferating cell nuclear antigen (PCNA) was also performed. This study shows that cellular schwannomas in neurosurgical series manifest at a lower age than the classical benign variant and occur mainly in the spinal roots. Mitotic activity and sinusoidal vessels appear more frequently in cellular schwannomas and constitute with high cellularity, the most valuable criteria separating both entities. The postoperative course in both types of tumors was free of metastases or sarcomatous changes. Immunoexpression of S-100 protein, vimentin, epithelial membrane antigen and glial fibrillary acidic protein is not statistically different between the two variants. In contrast, PCNA is more highly expressed in cellular schwannomas. These These results confirm the concept that cellular schwannomas are a clinico-pathological variant of benign schwannomas and provide significant support for the introduction of this entity in neurosurgical oncology.

Contrast-enhanced ultrasound after devascularisation of neuroendocrine liver metastases: functional and morphological evaluation.

OBJECTIVE: To evaluate morphological and perfusion changes in liver metastases of neuroendocrine tumours by contrast-enhanced ultrasound (CEUS) after transarterial embolisation with bead block (TAE) or trans-arterial chemoembolisation with doxorubicin-eluting beads (DEB-TACE). METHODS: In this retrospective study, seven patients underwent TAE, and ten underwent DEB-TACE using beads of the same size. At 1 day before embolisation, 2 days, 1 month and 3 months after the procedure, a destruction-replenishment study using CEUS was performed with a microbubble-enhancing contrast material on a reference tumour. Relative blood flow (rBF) and relative blood volume (rBV) were obtained from the ratio of values obtained in the tumour and in adjacent liver parenchyma. Morphological parameters such as the tumour's major diameter and the viable tumour's major diameter were also measured. A parameter combining functional and morphological data, the tumour vitality index (TVI), was studied. The Wilcoxon rank-sum test and Fisher's test were used to compare treatment groups. RESULTS: At 3 months rBF, rBV and TVI were significantly lower (P = 0.005, P = 0.04 and P = 0.03) for the group with doxorubicin. No difference in morphological parameters was found throughout the follow-up. CONCLUSIONS: One parameter, TVI, could evaluate the morphological and functional response to treatments.