Modulation of the gap junction protein Connexin36 in neurons in a mouse model of transient focalcerebral ischemia

Intercellular communication is achieved at specialized regions of the plasma membrane by¦gap junctions. Gap junctions are transmembrane channels allowing direct contacts between¦the cytoplasms of neighboring cells. Each cell participates with one hemichannel, or¦connexon, made of six protein subunits named connexins. Thanks to these junctions, cells¦potentially share a pool of small molecules and metabolites, such as nucleotides, amino acids¦and second messengers.¦In an ischemic (i.e. non-perfused) territory of the brain, irreversible damage progresses over¦time from the centre of the most severe flow reduction to the periphery with less disturbed¦perfusion. Functionally impaired tissue can survive and recover if sufficient reperfusion is reestablished¦within a limited time period, which depends on various factors and mechanisms¦modulating the signaling pathways leading to cell death.¦Observations were made indicating the presence of electrical coupling between neurons which¦resist better to an ischemic insult. This electrical coupling is likely to be mediated by¦Connexin36 (Cx36), a neuron specific connexin isoform. It was demonstrated in the past that¦global ischemia induces a selective upregulation of Cx36 expression in regions with neurons¦that survive the insult whereas others undergo apoptosis and die. These observations raise the¦possibility that the neuronal gap junction Cx36 might play a role in the destiny of neurons¦after cerebral ischemia.¦The aim of this work was to characterize the regulation of Connexin36 in a mouse model of¦transient focal cerebral ischemia by immunofluorescence and Western blot analysis. Our¦immunofluorescence results suggest a specific increase in Cx36 in the penumbral region of¦the ischemic hemisphere.

Astrocyte dense-core vesicle gliosecretion is governed by rest/nrsf

Astrocytes are the brain non-nerve cells competent for the expression of clear and dense-core vesicles (DCVs) and for their regulated exocytosis. This process, called gliosecretion, nearly resembles the neurosecretion occurring in neurons and neurosecretory cells. REST/NRSF is a transcription repressor known to orchestrate nerve-cell differentiation, governing the expression of hundreds of neuron-specific genes through their repression in the non-nerve and their fine modulation in the nerve cells. Our previous studies in neurosecretory rat PC12 cells identified REST as the critical factor for the expression not only of individual genes, but also of the whole neurosecretory process via multiple, direct and indirect mechanisms (D'Alessandro et al., J. Neurochem., 2008; Klajn et al., J. Neurosci., 2009). Therefore we wondered whether gliosecretion was governed by REST. We investigated rat astrocyte primary cultures: they exhibited high REST, which directly represses the transcription of at least one target gene, and expressed neither DCVs nor their markers (granins, peptides, membrane proteins). Transfection of a dominant-negative construct of REST (REST/ DBD-GFP) induced the appearance of DCVs filled with secretogranin2 and NPY that are distinct from other intracellular organelles. TIRF analysis of astrocytes co-transfected with REST/DBD-GFP and NPY-mRFP constructs revealed NPY-mRFP-positive DCVs undergoing Ca2þ-dependent exocytosis, largely prevented by BoNT/B. Immunohistochemistry of the I-II layers of the human temporal brain cortex showed all neurons and microglia exhibiting the expected inappreciable and high levels of REST, respectively. In contrast astrocyte RESTwas variable, going from inappreciable to high, accompanied by variable expression of DCVs. In this work it has been demonstrated that astrocyte DCV expression and gliosecretion are governed by REST (Prada et al., 2011 in press). The variable in situ REST levels may contribute to the well known structural/functional heterogeneity of astrocytes and this new observation might be of great interest for the understanding of both astrocyte physiology and pathology.

SCAP is required for timely and proper myelin membrane synthesis.

Myelination requires a massive increase in glial cell membrane synthesis. Here, we demonstrate that the acute phase of myelin lipid synthesis is regulated by sterol regulatory element-binding protein (SREBP) cleavage activation protein (SCAP), an activator of SREBPs. Deletion of SCAP in Schwann cells led to a loss of SREBP-mediated gene expression involving cholesterol and fatty acid synthesis. Schwann cell SCAP mutant mice show congenital hypomyelination and abnormal gait. Interestingly, aging SCAP mutant mice showed partial regain of function; they exhibited improved gait and produced small amounts of myelin indicating a slow SCAP-independent uptake of external lipids. Accordingly, extracellular lipoproteins partially rescued myelination by SCAP mutant Schwann cells. However, SCAP mutant myelin never reached normal thickness and had biophysical abnormalities concordant with abnormal lipid composition. These data demonstrate that SCAP-mediated regulation of glial lipogenesis is key to the proper synthesis of myelin membrane, and provide insight into abnormal Schwann cell function under conditions affecting lipid metabolism.

Influence of epidermal growth factor on the maturation of fetal rat brain cells in aggregate culture. An immunocytochemical study.

Maturation of astrocytes, neurons, and oligodendrocytes was studied in serum-free aggregating cell cultures of fetal rat telencephalon by an immunocytochemical approach. Cell type-specific immunofluorescence staining was examined by using antibodies directed against glial fibrillary acidic protein (GFAP) and vimentin, two astroglial markers; neuron-specific enolase (NSE) and neurofilament (NF), two neuronal markers, and galactocerebroside (GC), an oligodendroglial marker. It was found that the cellular maturation in aggregates is characterized by distinct developmental increases in immunoreactivity for GFAP, vimentin, NSE, NF, and GC, and by a subsequent decrease of vimentin-positive structures in more differentiated cultures. These findings are in agreement with observations in vivo, and they corroborate previous biochemical studies of this histotypic culture system. Treatment of very immature cultures with a low dose of epidermal growth factor (EGF, 5 ng/ml) enhanced the developmental increase in GFAP, NSE, NF and GC immunoreactivity, suggesting an acceleration of neuronal and glial maturation. In addition, EGF was found to alter the cellular organization within the aggregates, presumably by influencing cell migration.

PPAR beta a player in astrocyte metabolism and morphology

AbstractPPARP is a nuclear receptor responding in vivo to several free fatty acids, and implicated in cell metabolism, differentiation and survival. PPARp is ubiquitously expressed but shows high expression in the developing and adult brain. PPARp is expressed in different cell types such as neurons and astrocytes, where it might play a role in metabolism. To study this nuclear receptor the laboratory engineered a PPARP -/- mouse model. The aim of my PhD was to dissect the role of PPARP in astrocytes.Experiments in primary culture revealed that cortical astrocytes from PPARP -/- mouse have an impaired energetic metabolism. Unstimulated PPARP -/- astrocytes exhibit a 30% diminution in glucose uptake, correlating to a 30% decrease in lactate release and intracellular glucose. After acute stimulation by D- aspartate mimicking glutamate exposure, both WT and -/- astrocytes up-regulate their metabolism to respond to the increasing energy needed (ATP) for glutamate uptake. According to the Astrocyte Neuron Lactate Shuttle Hypothesis (ANLSH), the ratio between glucose uptake/ lactate release is 1. However, stimulated PPARp -/- astrocytes display a higher increase in lactate release than glucose uptake which remains lower than in WT. The extra glucose equivalents could come from the degradation of intra cellular glycogen stores, which indeed decrease in PPARP -/- cells upon stimulation. Lower glucose metabolism correlates with a decreased acute glutamate uptake in PPARP -/- astrocytes. Reciprocally, we also observed an increase of glutamate uptake and ATP production after treatment of WT astrocytes with a PPARp agonist. Glutamate transporter protein expression is not affected. However, their trafficking and localization might be altered as PPARp -/- astrocytes have higher cholesterol levels, which may also affect proper transporter structure in the membrane.Metabolism, transporter localization and cholesterol levels are respectively linked to cell mobility, cell cytoskeleton and cellular membrane composition. All three functions are important in astrocytes to in vivo acquire star shaped morphology, in a process known as stellation. PPARP -/- astrocytes showed an impaired acquired stellation in presence of neurons or chemical stimuli, as well as more actin stress fibers and cell adhesion structures. While non stellation of astrocytes is mainly an in vitro phenomenon, it reveals PPARp -/- primary astrocytes inability to respond to different exterior stimuli. These morphological phenotypes correlate with a slower migration in cell culture wound healing assays.This thesis work demonstrates that PPARp is implicated in cortical astrocyte glucose metabolism. PPARp absence leads to an unusual intracellular glycogen use. Added to the effect on acute glutamate uptake and astrocyte migration, PPARp could be an interesting target for neuroprotection therapies.RésuméPPARP est un récepteur nucléaire qui a pour ligands naturels certains acides gras libres. Il est impliqué dans le métabolisme, la différentiation et la survie des cellules. PPARP est ubiquitaire, et a une expression élevée dans le cerveau en développement ainsi qu'adulte. PPARp est exprimé dans différents types cellulaires tels que les neurones et les astrocytes, où il régule potentiellement leurs métabolismes. Pour étudier ce récepteur nucléaire, le laboratoire a créé un modèle de souris PPARp -/-. L'objectif de ma thèse est de comprendre le rôle de PPARp dans les astrocytes.Les expériences montrent un défaut du métabolisme énergétique dans les astrocytes corticaux primaires tirés de souris PPARp -/-. Sans stimulation, l'entrée du glucose dans les astrocytes PPARP -/- est diminuée de 30% ce qui correspond à une diminution de 30% du relargage du lactate. Après stimulation par du D-Aspartate qui mime une exposition au glutamate, les astrocytes WT et -/- augmentent leur métabolisme en réponse à la demande accrue en énergie (ATP) due à l'entrée du glutamate. D'après l'Astrocyte Neuron Lactate Shuttle Hypothesis (ANLSH), le ratio entre le glucose entrant et le lactate sortant est de 1. Cependant le relargage du lactate dans les astrocytes PPARP-/- est plus élevé que l'entrée du glucose. L'apport supplémentaire de glucose transformé en lactate pourrait provenir de la dégradation des stocks de glycogène intracellulaire, qui sont partiellement diminués après stimulation dans les cellules PPARP -/-. Un métabolisme plus faible du glucose corrèle avec une réduction de l'import du glutamate dans les astrocytes PPARp -/-. Réciproquement, nous observons une augmentation de l'import du glutamate et de la production d'ATP après traitement avec l'agoniste pour PPARp. Bien que l'expression des transporteurs de glutamate ne soit pas affectée, nous ne pouvons pas exclure que leur localisation et leur structure soient altérées du fait du niveau élevé de cholestérol dans les astrocytes PPARp -/-.Le métabolisme, la localisation des transporteurs et le niveau de cholestérol sont tous liés au cytosquelette, à la mobilité, et à la composition des membranes cellulaires. Toutes ces fonctions sont importantes pour les astrocytes pour acquérir leur morphologie in vivo. Les astrocytes PPARP -/- présentent un défaut de stellation, aussi bien en présence de neurones que de stimuli chimiques, ainsi qu'un plus grand nombre de fibres de stress (actine) et de structures d'adhésion cellulaire. Bien que les astrocytes non stellaires soient principalement observés in vitro, le défaut de stellation des astrocytes primaires PPARp -/- indique une incapacité à répondre aux différents stimuli extérieurs. Ces phénotypes morphologiques corrèlent avec une migration plus lente en cas de lésion de la culture.Ce travail de thèse a permis de démontrer l'implication de PPARP dans le métabolisme du glucose des astrocytes corticaux. L'absence de ce récepteur nucléaire amène à l'utilisation du glucose intracellulaire, auquel s'ajoutent les effets sur l'import du glutamate et la migration des astrocytes. PPARp aurait des effets neuroprotecteurs, et de ce fait pourrait être utilisé à des fins thérapeutiques.

Hirschsprung's disease: the "Swiss roll" technique revisited.

PURPOSE: During pull-through for Hirschsprung's disease (HSCR), the assessment of innervation is mainly based on the presence of ganglion cells when conventional Hematoxylin and Eosin (HE) staining is used. In hypoganglionosis, the evaluation is difficult. We adapted a standardized methodology for the examination of resected bowel after HSCR surgery, using the technique described by Moolenbeek on rodent intestine and later by Meier-Ruge in children. We have analysed the entire innervation of surgically resected bowels and compared the results with the follow up of patients. METHODS: Three longitudinal strips of colon were harvested from the mesenteric, anti-mesenteric and intermediate part in the whole length of resected colon of six patients with HSCR. Each strip was divided into two parts. One of the contiguous strips was assessed with HE and Hematoxylin-Phloxin-Safran, and the other one with acetylcholinesterase (AChE) histochemistry. We analyzed the distribution of ganglion cells and nerve arrangement along the strips with both techniques and compared the results obtained in the three different regions of the bowel. RESULTS: There was no significant difference in the pattern of innervation circumferentially. There was a correlation between a progressive increase of AChE activity and nerve hypertrophy and a decrease of ganglion cells from the proximal to the distal part of the resected colon in the submucosa and the myenteric plexus. Nerve hypertrophy and AChE-positive reaction in the mucosa were found at the resection border in patients who presented postoperative complications. CONCLUSIONS: Simultaneous assessment of nerve cells, nerve fibers and AChE activity is important in the evaluation of the innervation of the bowel segment proximal to the aganglionic zone. The method described is feasible and can be adapted to older children and adults with larger bowels. These results point out the importance of assessing nerve fibers in intraoperative biopsies during pull-through procedures to prevent uncomplete surgical bowel resection.

Calbindin-immunoreactive sensory neurons in dissociated dorsal root ganglion cell cultures of chick embryo: role of culture conditions.

Immunoreactivity to calbindin D-28k, a vitamin D-dependent calcium-binding protein, is expressed by neuronal subpopulations of dorsal root ganglia (DRG) in the chick embryo. To determine whether the expression of this phenotypic characteristic is maintained in vitro and controlled by environmental factors, dissociated DRG cell cultures were performed under various conditions. Subpopulations of DRG cells cultured at embryonic day 10 displayed calbindin-immunoreactive cell bodies and neurites in both neuron-enriched or mixed DRG cell cultures. The number of calbindin-immunoreactive ganglion cells increased up to 7-10 days of culture independently of the changes occurring in the whole neuronal population. The presence of non-neuronal cells, which promotes the maturation of the sensory neurons, tended to reduce the percentage of calbindin-immunoreactive cell bodies. Addition of horse serum enhanced both the number of calbindin-positive neurons and the intensity of the immunostaining, but does not prevent the decline of the subpopulation of calbindin-immunoreactive neurons during the second week of culture; on the contrary, the addition of muscular extract to cultures at 10 days maintained the number of calbindin-expressing neurons. While calbindin-immunoreactive cell bodies grown in culture were small- or medium-sized, no correlation was found between cell size and immunostaining density. At the ultrastructural level, the calbindin immunoreaction was distributed throughout the neuroplasm. These results indicate that the expression of calbindin by sensory neurons grown in vitro may be modulated by horse serum-contained factors or interaction with non-neuronal cells. As distinct from horse serum, muscular extract is able to maintain the expression of calbindin by a subpopulation of DRG cells.

Pronostic du coma après lésion cérébrale aiguë chez l'homme

Contexte: L'ensemble des phénomènes aigus suivant un arrêt cardio-respiratoire (ACR) est décrit sous le nom de maladie de post-réanimation (MPR) (post-resuscitation disease). Celle- ci est la conséquence du syndrome de reperfusion et est caractérisée par une réponse inflammatoire systémique intense, d'allure septique. La procalcitonine (PCT) est un marqueur aigu de la réponse inflammatoire systémique, qui a été beaucoup étudiée aux soins intensifs (SI) dans le contexte du sepsis, et constitue un outil diagnostic et pronostique important. Toutefois la PCT n'est pas un marqueur spécifique pour le sepsis mais peut également augmenter lors de réponse inflammatoire systémique d'origine non infectieuse. Objectifs: 1) Evaluer s'il existe une corrélation entre la valeur plasmatique de PCT et la MPR ; 2) examiner la relation entre le taux au pic de PCT et le pronostic des patients avec coma post-ACR ; 3) comparer la valeur pronostique de la PCT à celle d'un marqueur pronostic connu du coma post-anoxique tel que la neuron specific enolase (NSE). Méthodologie: Analyse d'une base de données prospective comprenant des patients admis aux SI du centre hospitalier universitaire vaudoise (CHUV) entre décembre 2009 et juillet 2011 en raison d'un ACR et traités par hypothermie thérapeutique (33 - 34 °C pendant 24h), selon notre protocole standard de prise en charge. La concentration plasmatique de PCT est mesurée à 24-72h après ACR, la valeur maximale (PCTmax) étant incluse dans l'analyse. La durée de l'arrêt circulatoire et le score de SOFA (Sequential Organ Failure Assessment) sont utilisés pour quantifier la sévérité de la MPR. Le pronostic est composé de la mortalité hospitalière, ainsi que la mortalité et la récupération neurologique à trois mois, mesurée avec le score de « Cerebral Performance Categories » (CPC), dichotomisé en bonne récupération (CPC 1 = pas de handicap ; CPC 2 = handicap modéré) et mauvaise récupération (CPC 3 = handicap sévère ; CPC 4 = état végétatif ; CPC 5 = décès). Résultats: 68 patients consécutifs (âge médian 65 ans, durée médiane totale de l'arrêt circulatoire [time to ROSC] 20.5 min) ont été étudiés. La PCTmax corrélait avec la durée de l'arrêt circulatoire (p = 0.001) ainsi qu'avec les scores de SOFA à l'admission et aux jours 1 et 2 (p<0.001 pour les trois associations). Une association significative a été observée entre la PCTmax et la survie hospitalière (médiane 3.9 [écart interquartile (EI) 1.0 - 16.8] chez les non-survivants vs. 1.4 [EI 0.6 - 6.2] ng/ml chez les survivants, p=0.032) et à trois mois (médiane 3.8 ([EI 1.0 - 15.6] vs. 1.4 [EI 0.5 - 6.0] ng/ml, p=0.034). La PCTmax était aussi plus basse chez les patients avec bonne récupération neurologique à trois mois (p=0.064). En comparaison avec la NSEmax, la PCTmax avait une valeur prédictive supérieure pour la sévérité de la maladie de post-réanimation et inférieure pour le pronostic. Conclusions: La valeur plasmatique maximale de PCT corrèle avec la sévérité de la MPR et est associé à la mortalité et à l'état neurologique à trois mois après coma post-anoxique. Ces données suggèrent que la PCT peut être un marqueur utile dans la prise en charge des patients comateux après ACR et hypothermie thérapeutique. Des études à plus large échelle sont en cours pour confirmer ces résultats.

Delta-9-tetrahydrocannabinol accumulation, metabolism and cell-type-specific adverse effects in aggregating brain cell cultures.

Despite the widespread use of Cannabis as recreational drug or as medicine, little is known about its toxicity. The accumulation, metabolism and toxicity of THC were analyzed 10 days after a single treatment, and after repeated exposures during 10 days. Mixed-cell aggregate cultures of fetal rat telencephalon were used as in vitro model, as well as aggregates enriched either in neurons or in glial cells. It was found that THC accumulated preferentially in neurons, and that glia-neuron interactions decreased THC accumulation. The quantification of 11-OH-THC and of THC-COOH showed that brain aggregates were capable of THC metabolism. No cell-type difference was found for the metabolite 11-OH-THC, whereas the THC-COOH content was higher in mixed-cell cultures. No cell death was found at THC concentrations of 2 microM in single treatment and of 1 microM and 2 microM in repeated treatments. Neurons, and particularly GABAergic neurons, were most sensitive to THC. Only the GABAergic marker was affected after the single treatment, whereas the GABAergic, cholinergic and astrocytic markers were decreased after the repeated treatments. JWH 015, a CB2 receptor agonist, showed effects similar to THC, whereas ACEA, a CB1 receptor agonist, had no effect. The expression of the cytokine IL-6 was upregulated 48 h after the single treatment with 5 microM of THC or JWH 015, whereas the expression of TNF-alpha remained unchanged. These results suggest that the adverse effects of THC were related either to THC accumulation or to cannabinoid receptor activation and associated with IL-6 upregulation.

Neuromodulation by oxytocin and vasopressin.

Oxytocin (OT) and vasopressin (VP) are two closely related neuropeptides, widely known for their peripheral hormonal effects. Specific receptors have also been found in the brain, where their neuromodulatory actions have meanwhile been described in a large number of regions. Recently, it has become possible to study their endogenous neuropeptide release with the help of OT/VP promoter-driven expression of fluorescent proteins and light-activated ion channels. In this review, I summarize the neuromodulatory effects of OT and VP in different brain regions by grouping these into different behavioral systems, highlighting their concerted, and at times opposite, effects on different aspects of behavior.

CXCR4-activated astrocyte glutamate release via TNFalpha: amplification by microglia triggers neurotoxicity.

Astrocytes actively participate in synaptic integration by releasing transmitter (glutamate) via a calcium-regulated, exocytosis-like process. Here we show that this process follows activation of the receptor CXCR4 by the chemokine stromal cell-derived factor 1 (SDF-1). An extraordinary feature of the ensuing signaling cascade is the rapid extracellular release of tumor necrosis factor-alpha (TNFalpha). Autocrine/paracrine TNFalpha-dependent signaling leading to prostaglandin (PG) formation not only controls glutamate release and astrocyte communication, but also causes their derangement when activated microglia cooperate to dramatically enhance release of the cytokine in response to CXCR4 stimulation. We demonstrate that altered glial communication has direct neuropathological consequences and that agents interfering with CXCR4-dependent astrocyte-microglia signaling prevent neuronal apoptosis induced by the HIV-1 coat glycoprotein, gp120IIIB. Our results identify a new pathway for glia-glia and glia-neuron communication that is relevant to both normal brain function and neurodegenerative diseases.

Calcium entry via TRPV1 but not ASICs induces neuropeptide release from sensory neurons

Inflammatory mediators induce neuropeptide release from nociceptive nerve endings and cell bodies, causing increased local blood flow and vascular leakage resulting in edema. Neuropeptide release from sensory neurons depends on an increase in intracellular Ca2+ concentration. In this study we investigated the role of two types of pH sensors in acid-induced Ca2+ entry and neuropeptide release from dorsal root ganglion (DRG) neurons. The transient receptor potential vanilloid 1 channel (TRPV1) and acid-sensing ion channels (ASICs) are both H+-activated ion channels present in these neurons, and are therefore potential pH sensors for this process. We demonstrate with in situ hybridization and immunocytochemistry that TRPV1 and several ASIC subunits are co-expressed with neuropeptides in DRG neurons. Activation of ASICs and of TRPV1 led to an increase in intracellular Ca2+ concentration. While TRPV1 has a high Ca2+ permeability and allows direct Ca2+ entry when activated, we show here that ASICs of DRG neurons mediate Ca2+ entry mostly by depolarization-induced activation of voltage-gated Ca2+ channels and only to a small extent via the pore of Ca2+-permeable ASICs. Extracellular acidification led to release of the neuropeptide calcitonin gene-related peptide from DRG neurons. The pH dependence and the pharmacological profile indicated that TRPV1, but not ASICs, induced neuropeptide secretion. In conclusion, this study shows that although both TRPV1 and ASICs mediate Ca2+ influx, TRPV1 is the principal sensor for acid-induced neuropeptide secretion from sensory neurons.

Surgery for Hirschsprung's disease: comparison between the Duhamel method and the transanal endorectal pull-through based on 59 patients and a review of the literature

Background:¦Hirschsprung's disease (HSCR) is a congenital malformation of the enteric nervous system due to the¦arrest of migration of neural crest cells to form the myenteric and submucosal plexuses. It leads to an anganglionic intestinal segment, which is permanently contracted causing intestinal obstruction. Its incidence is approximately 1/5000 birth, and males are more frequently affected with a male/female ratio of 4/1. The diagnosis is in most cases made within the first year of life. The rectal biopsy of the mucosa and sub-mucosa is the diagnostic gold standard.¦Purpose:¦The aim of this study was to compare two surgical approaches for HSCR, the Duhamel technique and the transanal endorectal pull-through (TEPT) in term of indications, duration of surgery, duration of hospital stay, postoperative treatment, complications, frequency of enterocolitis and functional outcomes.¦Methods:¦Fifty-nine patients were treated for HSCR by one of the two methods in our department of pediatric¦surgery between 1994 and 2010. These patients were separated into two groups (I: Duhamel, II: TEPT), which were compared on the basis of medical records. Statistics were made to compare the two groups (ANOVA test). The first group includes 43 patients and the second 16 patients. It is noteworthy that twenty-four patients (about 41% of all¦patients) were referred from abroad (Western Africa). Continence was evaluated with the Krickenbeck's score.¦Results:¦Statistically, this study showed that operation duration, hospital stay, postoperative fasting and duration of postoperative antibiotics were significantly shorter (p value < 0.05) in group II (TEPT). But age at operation and length of aganglionic segment showed no significant difference between the two groups. The continence follow-up showed generally good results (Krickenbeck's scores 1; 2.1; 3.1) in both groups with a slight tendency to constipation in group I and soiling in group II.¦Conclusion:¦We found two indications for the Duhamel method that are being referred from a country without¦careful postoperative surveillance and/or having a previous colostomy. Even if the Duhamel technique tends to be replaced by the TEPT, it remains the best operative approach for some selected patients. TEPT has also proved some advantages but must be followed carefully because, among other points, of the postoperative dilatations. Our postoperative standards, like digital rectal examination and anal dilatations seem to reduce the occurrence of complications like rectal spur and anal/anastomosis stenosis, respectively in the Duhamel method and the TEPT technique.

Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.