Unpacking the cognitive map: the parallel map theory of hippocampal function

In the parallel map theory, the hippocampus encodes space with 2 mapping systems. The bearing map is constructed primarily in the dentate gyrus from directional cues such as stimulus gradients. The sketch map is constructed within the hippocampus proper from positional cues. The integrated map emerges when data from the bearing and sketch maps are combined. Because the component maps work in parallel, the impairment of one can reveal residual learning by the other. Such parallel function may explain paradoxes of spatial learning, such as learning after partial hippocampal lesions, taxonomic and sex differences in spatial learning, and the function of hippocampal neurogenesis. By integrating evidence from physiology to phylogeny, the parallel map theory offers a unified explanation for hippocampal function.

Neuroanatomical and neuropsychological features of euthymic patients with bipolar disorder.

OBJECTIVE: Previous studies reported that the severity of cognitive deficits in euthymic patients with bipolar disorder (BD) increases with the duration of illness and postulated that progressive neuronal loss or shrinkage and white matter changes may be at the origin of this phenomenon. To explore this issue, the authors performed a case-control study including detailed neuropsychological and magnetic resonance imaging analyses in 17 euthymic elderly patients with BD and 17 healthy individuals. METHODS: Neuropsychological evaluation concerned working memory, episodic memory, processing speed, and executive functions. Volumetric estimates of the amygdala, hippocampus, entorhinal cortex, and anterior cingulate cortex were obtained using both voxel-based and region of interest morphometric methods. Periventricular and deep white matter were assessed semiquantitatively. Differences in cognitive performances and structural data between BD and comparison groups were analyzed using paired t-test or analysis of variance. Wilcoxon test was used in the absence of normal distribution. RESULTS: Compared with healthy individuals, patients with BD obtained significantly lower performances in processing speed, working memory, and episodic memory but not in executive functions. Morphometric analyses did not show significant volumetric or white matter differences between the two groups. CONCLUSIONS: Our results revealed impairment in verbal memory, working memory, and processing speed in euthymic older adults with BD. These cognitive deficits are comparable both in terms of affected functions and size effects to those previously reported in younger cohorts with BD. Both this observation and the absence of structural brain abnormalities in our cohort do not support a progressively evolving neurotoxic effect in BD.

Genetic investigation of the functions of c-Myc and N-Myc in Hematopoietic stem cells

Résumé : c-Myc, le premier facteur de transcription de la famille Myc a été découvert il y a maintenant trente ans. Il reste à l'heure actuelle parmi les plus puissants proto-oncogènes connus. c-Myc est dérégulé dans plus de 50% des cancers, où il promeut la prolifération, la croissance cellulaire, et la néoangiogenèse. Myc peut aussi influencer de nombreuses autres fonctions de par sa capacité à activer ou à réprimer la transcription de nombreux gènes, et à agir globalement sur le génome à travers des modifications épigénétiques de la chromatine. La famille d'oncogènes Myc comprend, chez les mammifères, trois protéines structurellement proches: c-Myc, N-Myc et L-Myc. Ces protéines ont les mêmes proprietés biochimiques, exercent les mêmes fonctions mais sont le plus souvent exprimées de façon mutuellement exclusive. Myc a été récemment identifié comme un facteur clef dans la maintenance des cellules souches embryonnaires et adultes ainsi que dans la réacquisition des proprietés des cellules souches. Nous avons précédemment démontré que l'élimination de c-Myc provoque une accumulation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) suite à un défaut de différenciation lié à la niche. Les CSH sont responsables de la production de tous les éléments cellulaires du sang pour toute la vie de l'individu et sont définies par leur capacité à s'auto-renouveler tout en produisant des précurseurs hématopoïétiques. Afin de mieux comprendre la fonction de Myc dans les CSH, nous avons choisi de combiner l'utilisation de modèles de souris génétiquement modifiées à une caractérisation systématique des schémas d'expression de c-Myc, N-Myc et L-Myc dans tout le système hématopoïétique. Nous avons ainsi découvert que les CSH les plus immatures expriment des quantités équivalentes de transcrits de c-myc et N-myc. Si les CSH déficientes en N-myc seulement ont une capacité d'auto-renouvellement à long-terme réduite, l'invalidation combinée des gènes c-myc et N-myc conduit à une pan-cytopénie suivie d'une mort rapide de l'animal, pour cause d'apoptose de tous les types cellulaires hématopoïétiques. En particulier, les CSH en cours d'auto-renouvelemment, mais pas les CSH quiescentes, accumulent du Granzyme B (GrB), une molécule fortement cytotoxique qui provoque une mort cellulaire rapide. Ces données ont ainsi mis au jour un nouveau mécanisme dont dépend la survie des CSH, à savoir la répression du GrB, une enzyme typiquement utilisée par le système immunitaire inné pour éliminer les tumeurs et les cellules infectées par des virus. Dans le but d'évaluer l'étendue de la redondance entre c-Myc et N-Myc dans les CSH, nous avons d'une part examiné des souris dans lesquelles les séquences codantes de c-myc sont remplacées par celles de N-myc (NCR) et d'autre part nous avons géneré une série allèlique de myc en éliminant de façon combinatoire un ou plusieurs allèles de c-myc et/ou de N-myc. Alors que l'analyse des souris NCR suggère que c-Myc et N-Myc sont qualitativement redondants, la série allélique indique que les efficiences avec lesquelles ces deux protéines influencent des procédés essentiels à la maintenance des CSH sont différentes. En conclusion, nos données génétiques montrent que l'activité générale de MYC, fournie par c-Myc et N-Myc, contrôle plusieurs aspects cruciaux de la fonction des CSH, notamment l'auto-renouvellement, la survie et la différenciation. Abstract : c-Myc, the first Myc transcription factor was discovered 30 years ago and is to date one of the most potent proto-oncogenes described. It is found to be misregulated in over 50% of all cancers, where it drives proliferation, cell growth and neo-angiogenesis. Myc can also influence a variety of other functions, owing to its ability to activate and repress transcription of many target genes and to globally regulate the genome via epigenetic modifications of the chromatin. The Myc family of oncogenes consists of three closely related proteins in mammals: c-Myc, N-Myc and L-Myc. These proteins share the same biochemical properties, exert mostly the same functions, but are most often expressed in mutually exclusive patterns. Myc is now emerging as a key factor in maintenance of embryonic and adult stem cells as well as in reacquisition of stem cell properties, including induced reprogramming. We previously showed that c-Myc deficiency can cause the accumulation of hematopoietic stem cells (HSCs) due to a niche dependent differentiation defect. HSCs are responsible for life-long replenishment of all blood cell types, and are defined by their ability to self-renew while concomitantly giving rise to more commited progenitors. To gain further insight into the function of Myc in HSCs, in this study we combine the use of genetically-modified mouse models with the systematic characterization of c-myc, N-myc and L-myc transcription patterns throughout the hematopoietic system. Interestingly, the most immature HSCs express not only c-myc, but also about equal amounts of N-myc transcripts. Although conditional deletion of N-myc alone in the bone marrow does not affect steady-state hematopoiesis, N-myc null HSCs show impaired long-term self-renewal capacity. Strikingly, combined deficiency of c-Myc and N-Myc results in pan-cytopenia and rapid lethality, due to the apoptosis of most hematopoietic cell types. In particular, self-renewing HSCs, but not quiescent HSCs or progenitor cell types rapidly up-regulate and accumulate the potent cytotoxic molecule GranzymeB (GrB), causing their rapid cell death. These data uncover a novel pathway on which HSC survival depends on, namely repression of GrB, a molecule typically used by the innate immune system to eliminate tumor and virus infected cells. To evaluate the extent of redundancy between c-Myc and N-Myc in HSCs, we examined mice in which c-myc coding sequences are replaced by that of N-myc (NCR) and also generated an allelic series of myc, by combinatorially deleting one or several c-myc and/or N-myc alleles. While the analysis of NCR mice suggests that c-Myc and N-Myc are qualitatively functionally redundant, our allelic series indicates that the efficiencies with which these two proteins affect crucial HSC maintenance processes are likely to be distinct. Collectively, our genetic data show that general "MYC" activity delivered by c-Myc and N-Myc controls crucial aspects of HSC function, including self-renewal, survival and niche dependent differentiation.

Novel functions of the polymeric Ig receptor: well beyond transport of immunoglobulins.

The polymeric Ig receptor (pIgR) ensures efficient secretion of polymeric IgA (pIgA) at mucosal surfaces. On basal to apical transport across epithelial cells, the pIgR extracellular domain is cleaved, releasing secretory component (SC) in association with pIgA. This finds its raison d'être in the recent observation that SC is directly involved in the protective function of secretory IgA. In addition, free SC exhibits scavenger properties with respect to enteric pathogens. However, although pIgR dedicates its life to mucosal protection, it also seems to permit pathogen entrance through the epithelial barrier. The multiple mechanisms that they are involved in make pIgR and SC instrumental to mucosal immunity.

Visuo-motor and cognitive procedural learning in children with basal ganglia pathology.

We investigated procedural learning in 18 children with basal ganglia (BG) lesions or dysfunctions of various aetiologies, using a visuo-motor learning test, the Serial Reaction Time (SRT) task, and a cognitive learning test, the Probabilistic Classification Learning (PCL) task. We compared patients with early (<1 year old, n=9), later onset (>6 years old, n=7) or progressive disorder (idiopathic dystonia, n=2). All patients showed deficits in both visuo-motor and cognitive domains, except those with idiopathic dystonia, who displayed preserved classification learning skills. Impairments seem to be independent from the age of onset of pathology. As far as we know, this study is the first to investigate motor and cognitive procedural learning in children with BG damage. Procedural impairments were documented whatever the aetiology of the BG damage/dysfunction and time of pathology onset, thus supporting the claim of very early skill learning development and lack of plasticity in case of damage.

Synthesis and transport of creatine in the CNS: importance for cerebral functions.

J. Neurochem. (2010) 10.1111/j.1471-4159.2010.06935.x Abstract Apart of its well known function of 'energetic buffer' through the creatine/phosphocreatine/creatine kinase system allowing the regeneration of ATP, creatine has been recently suggested as a potential neuromodulator of even true neurotransmitter. Moreover, the recent discovery of primary creatine deficiency syndromes, due to deficiencies in l-arginine : glycine amidinotransferase or guanidinoacetate methyltransferase (the two enzymes allowing creatine synthesis) or in the creatine transporter, has shed new light on creatine synthesis, metabolism and transport, in particular in CNS which appears as the main tissue affected by these creatine deficiencies. Recent data suggest that creatine can cross blood-brain barrier but only with a poor efficiency, and that the brain must ensure parts of its needs in creatine by its own endogenous synthesis. Finally, the recent years have demonstrated the interest to use creatine as a neuroprotective agent in a growing number of neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's diseases. This article aims at reviewing the latest data on creatine metabolism and transport in the brain, in relation to creatine deficiencies and to the potential use of creatine as neuroprotective molecule. Emphasis is also given to the importance of creatine for cerebral function.

From molecular action to physiological outputs: peroxisome proliferator-activated receptors are nuclear receptors at the crossroads of key cellular functions.

Peroxisome proliferator-activated receptors (PPARs) compose a family of three nuclear receptors which act as lipid sensors to modulate gene expression. As such, PPARs are implicated in major metabolic and inflammatory regulations with far-reaching medical consequences, as well as in important processes controlling cellular fate. Throughout this review, we focus on the cellular functions of these receptors. The molecular mechanisms through which PPARs regulate transcription are thoroughly addressed with particular emphasis on the latest results on corepressor and coactivator action. Their implication in cellular metabolism and in the control of the balance between cell proliferation, differentiation and survival is then reviewed. Finally, we discuss how the integration of various intra-cellular signaling pathways allows PPARs to participate to whole-body homeostasis by mediating regulatory crosstalks between organs.

Recherche translationnelle: de l'animal modèle de schizophrénie à la forme humaine de difficulté cognitive. Evaluation des performances de navigation spatiale et des stratégies utilisées

Un protocole de tests sur labyrinthe radial permettant d'évaluer la navigation spatial chez l'homme a été réalisé. Ces tests sur labyrinthe radial sont basés sur le protocole utilisé sur l'animal modèle de schizophrénie dans le CNP (Centre de neuroscience psychiatrique) de Lausanne. Les recherches actuelles du CNP ont montré un déficit dans les capacités d'orientation spatiale de ces animaux [13]. Ainsi notre méthodologie consistera à tester des sujets humains dans des tâches de labyrinthe afin d'étudier de la manière la plus équivalente les différents déficits observés dans la pathologie humaine et dans le rat modèle. Cette démarche est à la base d'une approche translationnelle qui combine recherches cliniques et expérimentales. Le travail expérimental a été mené sur deux dispositifs analogues. a) «radial au doigt», ensemble de petits canaux qui peuvent être explorés par le doigt, yeux ouverts ou fermés et dans lesquels des textures différentes tapissent chaque bras. b) «radial sur écran tactile», deux labyrinthes qui comparent deux types d'indice locale, couleurs différentes ou patrons noir-blanc. Dans les deux dispositifs a été prévu une série de tests permettant d'évaluer la mémorisation des indices utilisés en les supprimant temporairement où en les mettant en contradiction. La première perturbation a pour but de tester l'importance du référentiel locale par une rotation de 90° du labyrinthe. La permutation des bras lors d'un dernier essai permet d'induire une situation ou les informations ont été soit correctes spatialement mais incorrectes localement (texture) soit inversement. Ces perturbations des informations sensorielles qui sont fournies au sujet, permettent d'observer les systèmes de repérage et leur poids relatif dans la construction d'un système de référence durant la navigation spatiale. Les résultats du labyrinthe radial au doigt montrent que dans les conditions utilisant les informations visuelles les participants sont sensiblement plus performants. Il est apparu que les informations visuelles prédominent sur les informations proprioceptives et tactiles. Ainsi dans la condition intégrant informations visuospatiales, proprioceptives et tactiles, les sujets basent plus fortement leur navigation spatiale sur les indices visuelles soit locale soit spatiale. Dans cette condition une différence significative de stratégie entre hommes et femmes est apparue. Les hommes se basent majoritairement sur des indices spatiaux tandis que les femmes préfèrent les indices locaux. En présence d'informations tactiles et proprioceptives mais en absence de la vision, les participants utilisent les références spatiale et locale complémentairement sans avoir un système prédominant. Alors que si uniquement les informations proprioceptives sont présentes, les sujets utilisent un système de référence spatiale (globale). Le labyrinthe radial sur écran tactile indique une différence de système de référence selon l'indice local employé. Les couleurs, étant des forts indices locaux, vont favoriser un système de référence local. Au contraire les patrons noirs-blancs sont des indices visiblement très complexes et difficiles à mémoriser qui vont pousser les sujets à utiliser une stratégie de référence spatiale.