Glial cells of the central nervous system of Bothrops jararaca (Reptilia, Ofidae): an ultrastructural study

Abstract Although ultrastructural characteristics of mature neuroglia in the central nervous system (CNS) are very well described in mammals, much less is known in reptiles, especially serpents. In this context, two specimens of Bothrops jararaca were euthanized for morphological analysis of CNS glial cells. Samples from telencephalon, mesencephalon and spinal cord were collected and processed for light and transmission electron microscopy investigation. Astrocytes, oligodendrocytes, microglial cells and ependymal cells, as well as myelin sheaths, presented similar ultrastructural features to those already observed in mammals and tended to maintain their general aspect all over the distinct CNS regions observed. Morphological similarities between reptilian and mammalian glia are probably linked to their evolutionary conservation throughout vertebrate phylogeny.

Role of glial cells in the functional expression of LL-37/rat cathelin-related antimicrobial peptide in meningitis

Antimicrobial peptides are intrinsic to the innate immune system in many organ systems, but little is known about their expression in the central nervous system. We examined cerebrospinal fluid (CSF) and serum from patients with active bacterial meningitis to assess antimicrobial peptides and possible bactericidal properties of the CSF. We found antimicrobial peptides (human cathelicidin LL-37) in the CSF of patients with bacterial meningitis but not in control CSF. We next characterized the expression, secretion, and bactericidal properties of rat cathelin-related antimicrobial peptide, the homologue of the human LL-37, in rat astrocytes and microglia after incubation with different bacterial components. Using real-time polymerase chain reaction and Western blotting, we determined that supernatants from both astrocytes and microglia incubated with bacterial component supernatants had antimicrobial activity. The expression of rat cathelin-related antimicrobial peptide in rat glial cells involved different signal transduction pathways and was induced by the inflammatory cytokines interleukin 1beta and tumor necrosis factor. In an experimental model of meningitis, infant rats were intracisternally infected with Streptococcus pneumoniae, and rat cathelin-related antimicrobial peptide was localized in glia, choroid plexus, and ependymal cells by immunohistochemistry. Together, these results suggest that cathelicidins produced by glia and other cells play an important part in the innate immune response against pathogens in central nervous system bacterial infections.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

L’effet du vieillissement sur les cellules souches neurales adultes

La neurogenèse persiste à l’âge adulte dans deux régions du système nerveux central (SNC) des mammifères : la zone sous-ventriculaire (SVZ) du cerveau antérieur et la zone sous-granulaire (SGZ) de l’hippocampe. Cette neurogenèse est possible grâce à la capacité de prolifération des cellules souches présentes dans les niches de la SVZ et la SGZ, mais en vieillissant, le cerveau subit une diminution dramatique du nombre de cellules souches neurales adultes (CSNa), une diminution de la prolifération cellulaire et une altération des niches de neurogenèse. Cependant, une importante question reste sans réponse : comment la perte tardive des CSNa est temporellement reliée aux changements de l’activité de prolifération et de la structure de la principale niche de neurogenèse (la SVZ)? Afin d’avoir un aperçu sur les événements initiaux, nous avons examiné les changements des CSNa et de leur niche dans la SVZ entre le jeune âge et l’âge moyen. La niche de la SVZ des souris d’âge moyen (12 mois) subit une réduction de l’expression des marqueurs de plusieurs sous-populations de précurseurs neuraux en comparaison avec les souris jeunes adultes (2 mois). Anatomiquement, cela est associé avec des anomalies cytologiques, incluant une atrophie générale de la SVZ, une perte de la couche de cellules sousépendymaires par endroit et l’accumulation de gouttelettes lipidiques de grande taille dans l’épendyme. Fonctionnellement, ces changements sont corrélés avec une diminution de l’activité de la SVZ et une réduction du nombre de nouveaux neurones arrivant aux bulbes olfactifs. Pour déterminer si les CSNa de la SVZ ont subi des changements visibles, nous avons évalué les paramètres clés des CSNa in vivo et in vitro. La culture cellulaire montre qu’un nombre équivalent de CSNa ayant la capacité de former des neurosphères peut être isolé du cerveau du jeune adulte et d’âge moyen. Cependant, à l’âge moyen, les précurseurs neuraux semblent moins sensibles aux facteurs de croissance durant leur différenciation in vitro. Les CSNa donnent des signes de latence in vivo puisque leur capacité d’incorporation et de rétention du BrdU diminue. Ensemble, ces données démontrent que, tôt dans le processus du vieillissement, les CSNa et leur niche dans la SVZ subissent des changements significatifs, et suggèrent que la perte de CSNa liée au vieillissement est secondaire à ces événements.

Les cytokines inflammatoires modulent la prolifération et la différenciation in vitro des cellules souches/progénitrices de la moelle épinière.

La moelle épinière (MÉ) est essentielle pour relier les informations motrices et sensorielles entre le cerveau et la périphérie. Malheureusement, elle peut facilement être endommagée suite à un traumatisme médullaire (TM) ou des pathologies comme la sclérose en plaques. Chez les vertébrés inférieurs, tels les amphibiens, la MÉ lésée se régénère via ses cellules souches endogènes, alors que celle des mammifères démontre une très faible habileté régénératrice post-traumatique. Des travaux récents ont démontré que la MÉ des mammifères contient des cellules souches neurales latentes correspondant aux cellules épendymaires du canal central. D’autres études ont prouvé qu’à la suite d’un TM, les cellules souches épendymaires (cSÉ) prolifèrent, migrent vers le site de la lésion et se différencient principalement en cellules gliales. Promouvoir la régénération de la MÉ endommagée via la modulation des cellules souches endogènes devient donc une voie thérapeutique intéressante. Isolant des cellules souches/progénitrices de la MÉ via la culture de neurosphères (NS), nos études in vitro, en présence de cytokines inflammatoires ou de milieu conditionné auxmacrophages, suggèrent que la réponse inflammatoire influence fortement la prolifération et la différentiation des cSÉ. Dans l’objectif de définir le programme génétique relié à l’activation des cSÉ de la MÉ, nous avons débuté l’élaboration d’un protocole d’isolement des cSÉ à l’aide d’un modèle de souris transgénique.

Molecular mechanisms underlying deficient neurogenesis in Alzheimer’s disease

La neurogenèse est présente, dans le cerveau adulte, dans la zone sous-ventriculaire (ZSV) encadrant les ventricules latéraux et dans le gyrus dentelé (GD) de l’hippocampe, permettant l’apprentissage, la mémoire et la fonction olfactive. Ces micro-environnements possèdent des signaux contrôlant l’auto-renouvellement des cellules souches neurales (CSN), leur prolifération, leur destin et leur différenciation. Or, lors du vieillissement, les capacités régénératives et homéostatiques et la neurogenèse déclinent. Les patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), comme le modèle animal reproduisant cette maladie (3xTg-AD), montrent une accélération des phénotypes liés au vieillissement dont une diminution de la neurogenèse. Notre hypothèse est que la découverte des mécanismes affectant la neurogenèse, lors du vieillissement et de la MA, pourrait fournir de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir le déclin cognitif. Les études sur l’âge d’apparition et les mécanismes altérant la neurogenèse dans la MA sont contrastées et nous ont guidé vers deux études. L’examen des changements dans les étapes de la neurogenèse lors du vieillissement et du développement de la neuropathologie. Nous avons étudié la ZSV, les bulbes olfactifs et le GD de souris femelles de 11 et 18 mois, et l’apparition des deux pathologies associées à la MA : les plaques amyloïdes et les enchevêtrements neurofibrillaires. Nous avons découvert que les souris 3xTg-AD possèdent moins de cellules en prolifération, de progéniteurs et de neuroblastes, induisant une diminution de l’intégration de nouvelles cellules dans le GD et les bulbes olfactifs. Notons que le taux de neurogenèse chez ces souris de 11 mois est similaire à celui des souris de phénotype sauvage de 18 mois, indiquant une accélération des changements liés au vieillissement dans la MA. Dans la ZSV, nous avons aussi démontré une accumulation de gouttelettes lipidiques, suggérant des changements dans l’organisation et le métabolisme de la niche. Enfin, nous avons démontré que le déficit de la neurogenèse apparait lors des premières étapes de la MA, avant l’apparition des plaques amyloïdes et des enchevêtrements neurofibrillaires. A l’examen des mécanismes inhibant la neurogenèse lors de la MA, nous voyons que chez des souris de 5 mois, le déficit de la neurogenèse dans la ZSV et le GD est corrélé avec l’accumulation de lipides, qui coïncide avec l’apparition du déclin cognitif. Nous avons aussi découvert que dans le cerveau humain de patients atteints de la MA et dans les 3xTg-AD, des gouttelettes lipidiques s’accumulaient dans les cellules épendymaires, représentant le principal soutien des CSN de la niche. Ces lipides sont des triglycérides enrichis en acide oléique qui proviennent de la niche et pas d’une défaillance du système périphérique. De plus, l’infusion locale d’acide oléique chez des souris de phénotype sauvage permet de reproduire l’accumulation de triglycérides dans les cellules épendymaires, comme dans la MA. Ces gouttelettes induisent un dérèglement de la voie de signalisation Akt-FoxO3 dans les CSN, menant à l’inhibition de leur activation in vitro et in vivo. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de la régulation de la neurogenèse par le métabolisme lipidique. Nous avons démontré un nouveau mécanisme par lequel l’accumulation des lipides dans la ZSV induit une inhibition des capacités de prolifération et de régénération des CSN lors de la MA. Les travaux futurs permettront de comprendre comment et pourquoi le métabolisme lipidique du cerveau est altéré dans la MA, ce qui pourrait offrir de nouvelles voies thérapeutiques pour la prévention et la régénération.

Expression Profile and Distribution of Efhc1 Gene Transcript During Rodent Brain Development

One of the putative causative genes for juvenile myoclonic epilepsy (JME) is EFHC1. We report here the expression profile and distribution of Efhc1 messenger RNA (mRNA) during mouse and rat brain development. Real-time polymerase chain reaction revealed that there is no difference in the expression of Efhc1 mRNA between right and left hemispheres in both species. In addition, the highest levels of Efhc1 mRNA were found at intra-uterine stages in mouse and in adulthood in rat. In common, there was a progressive decrease in Efhc1 expression from 1-day-old neonates to 14-day-old animals in both species. In situ hybridization studies showed that rat and mouse Efhc1 mRNAs are expressed in ependymal cells of ventricle walls. Our findings suggest that Efhc1 expression is more important during initial phases of brain development and that at this stage it could be involved in key developmental mechanisms underlying JME.

Purely cortical anaplastic ependymoma

Ependymomas are glial tumors derived from ependymal cells lining the ventricles and the central canal of the spinal cord. It may occur outside the ventricular structures, representing the extraventicular form, or without any relationship of ventricular system, called ectopic ependymona. Less than fifteen cases of ectopic ependymomas were reported and less than five were anaplastic. We report a rare case of pure cortical ectopic anaplastic ependymoma.

Junctional adhesion molecule (JAM)-C deficient C57BL/6 mice develop a severe hydrocephalus

The junctional adhesion molecule (JAM)-C is a widely expressed adhesion molecule regulating cell adhesion, cell polarity and inflammation. JAM-C expression and function in the central nervous system (CNS) has been poorly characterized to date. Here we show that JAM-C(-/-) mice backcrossed onto the C57BL/6 genetic background developed a severe hydrocephalus. An in depth immunohistochemical study revealed specific immunostaining for JAM-C in vascular endothelial cells in the CNS parenchyma, the meninges and in the choroid plexus of healthy C57BL/6 mice. Additional JAM-C immunostaining was detected on ependymal cells lining the ventricles and on choroid plexus epithelial cells. Despite the presence of hemorrhages in the brains of JAM-C(-/-) mice, our study demonstrates that development of the hydrocephalus was not due to a vascular function of JAM-C as endothelial re-expression of JAM-C failed to rescue the hydrocephalus phenotype of JAM-C(-/-) C57BL/6 mice. Evaluation of cerebrospinal fluid (CSF) circulation within the ventricular system of JAM-C(-/-) mice excluded occlusion of the cerebral aqueduct as the cause of hydrocephalus development but showed the acquisition of a block or reduction of CSF drainage from the lateral to the 3(rd) ventricle in JAM-C(-/-) C57BL/6 mice. Taken together, our study suggests that JAM-C(-/-) C57BL/6 mice model the important role for JAM-C in brain development and CSF homeostasis as recently observed in humans with a loss-of-function mutation in JAM-C.

Control of ventricular ciliary beating by the melanin concentrating hormone-expressing neurons of the lateral hypothalamus: a functional imaging survey

The cyclic peptide Melanin Concentrating Hormone (MCH) is known to control a large number of brain functions in mammals such as food intake and metabolism, stress response, anxiety, sleep/wake cycle, memory, and reward. Based on neuro-anatomical and electrophysiological studies these functions were attributed to neuronal circuits expressing MCHR1, the single MCH receptor in rodents. In complement to our recently published work (1) we provided here new data regarding the action of MCH on ependymocytes in the mouse brain. First, we establish that MCHR1 mRNA is expressed in the ependymal cells of the third ventricle epithelium. Second, we demonstrated a tonic control of MCH-expressing neurons on ependymal cilia beat frequency using in vitro optogenics. Finally, we performed in vivo measurements of CSF flow using fluorescent micro-beads in wild-type and MCHR1-knockout mice. Collectively, our results demonstrated that MCH-expressing neurons modulate ciliary beating of ependymal cells at the third ventricle and could contribute to maintain cerebro-spinal fluid homeostasis.

Abnormal expression of E2F1 and E2F4 results in hyperproliferation of the ependyma and lethal hydrocephalus

The proliferative role of E2F has been under investigation for several years. However, while it is known that E2F1 and E2F4 play a part in development and differentiation, research has not been centered on determining the exact functions these E2Fs play in brain development, given there high expression levels throughout embryogenesis. A GFAP-E2F1 mouse model directing human E2F1 transgene expression to glial cells, such as ependymal cells, was used in the present study in combination with an E2F4 mutant mouse model. Interestingly, 20% of tgE2F1; E2F4 null mice developed a phenotype consisting of domed head, hunched posture, seizures, tremors, hyperactivity or hypeactivity, dysnea, and low body weight. These mice died during the first three weeks of severe hydrocephalus. Similarly, tgE2F1; E2F4 heterozygous mice also develop severe hydrocephalus, although this occurs at 6 weeks at a 2% frequency. Pathological examination of the brains of those animals uncovered enlarged cerebral ventricles with marked thinning of the cerebral cortices, confirming the diagnosis of three-ventricle hydrocephalus, and the absence of tumors. Careful examination of the aqueduct shows an excess of proliferating cells that may cause a blockage of CSF. Of significance, 44% of ependymal cells in hydrocephalic tgE2F1;E2F4-/- mouse brains were positive for BrdU incorporation. Studies determining the molecular rationale for the hydrocephalic phenotype suggest proliferative ependymal cells may not be exclusively related to dysregulated cell cycle in conjuction with E2F activity. Due in part to the deficiency of E2F4 in this mouse model, we find that differentiation of these ependymal cells is not complete and instead undergoes maturation arrest. This suggestion is confirmed by the expression of genes found in neural stem cells or precursor cell populations, in the ependymal cell region of tgE2F1; E2F4-/-. Therefore, from this study, we conclude that dysregulated E2F1 expression in combination with deficient E2F4 expression results in an undifferentiated ependymal cell population that is hyperproliferative in the ventricular system causing an impediment of CSF circulation. It is further concluded that normal E2F1 and E2F4 expression in brain development is crucial for the proper formation and function of the ventricular system.^

Immunolocalization of the mercurial-insensitive water channel and glycerol intrinsic protein in epithelial cell plasma membranes.

Two water channel homologs were cloned recently from rat kidney, mercurial-insensitive water channel (MIWC) and glycerol intrinsic protein (GLIP). Polyclonal antibodies were raised against synthetic C-terminal peptides and purified by affinity chromatography. MIWC and GLIP antibodies recognized proteins in rat kidney with an apparent molecular mass of 30 and 27 kDa, respectively, and did not cross-react. By immunofluorescence, MIWC and GLIP were expressed together on the basolateral plasma membrane of collecting duct principal cells in kidney. By immunohistochemistry, MIWC and GLIP were expressed on tracheal epithelial cells with greater expression of GLIP on the basal plasma membrane and MIWC on the lateral membrane; only MIWC was expressed in bronchial epithelia. In eye, GLIP was expressed in conjunctival epithelium, whereas MIWC was found in iris, ciliary body, and neural cell layers in retina. MIWC and GLIP colocalized on the basolateral membrane of villus epithelial cells in colon and brain ependymal cells. Expression of MIWC and GLIP was not detected in small intestine, liver, spleen, endothelia, and cells that express water channels CHIP28 or WCH-CD. These studies suggest water/solute transporting roles for MIWC and GLIP in the urinary concentrating mechanism, cerebrospinal fluid absorption, ocular fluid balance, fecal dehydration, and airway humidification. The unexpected membrane colocalization of MIWC and GLIP in several tissues suggests an interaction at the molecular and/or functional levels.

Oncocytic ependymoma: a new morphological variant of high-grade ependymal neoplasm composed of mitochondrion-rich epithelioid cells

Oncocytomas are defined as tumors containing in excess of 50% large mitochondrion-rich cells, irrespective of histogenesis and dignity. Along the central neuraxis, oncocytomas are distinctly uncommon but relevant to the differential diagnosis of neoplasia marked by prominent cytoplasmic granularity. We describe an anaplastic ependymoma (WHO grade III) with a prevailing oncocytic component that was surgically resected from the right fronto-insular region of a 43-year-old female. Preoperative imaging showed a fairly circumscribed, partly cystic, contrast-enhancing mass of 2 cm × 2 cm × 1.7 cm. Histology revealed a biphasic neoplasm wherein conventional ependymal features coexisted with plump epithelioid cells replete with brightly eosinophilic granules. Whereas both components displayed an overtly ependymal immunophenotype, including positivity for S100 protein and GFAP, as well as "dot-like" staining for EMA, the oncocytic population also tended to intensely react with the antimitochondrial antibody 113-1. Conversely, failure to bind CD68 indicated absence of significant lysosomal storage. Negative reactions for both pan-cytokeratin (MNF 116) and low molecular weight cytokeratin (CAM 5.2), as well as synaptophysin and thyroglobulin, further assisted in ruling out metastatic carcinoma. In addition to confirming the presence of "zipper-like" intercellular junctions and microvillus-bearing cytoplasmic microlumina, electron microscopy allowed for the pervasive accumulation of mitochondria in tumor cells to be directly visualized. A previously not documented variant, oncocytic ependymoma, is felt to add a reasonably relevant novel item to the differential diagnosis of granule-bearing central nervous system neoplasia, in particular oncocytic meningioma, granular cell astrocytoma, as well as metastatic deposits by oncocytic malignancies from extracranial sites.

The distribution and morphological characteristics of serotonergic cells in the brain of monotremes

The distribution and cellular morphology of serotonergic neurons in the brain of two species of monotremes are described. Three clusters of serotonergic neurons were found: a hypothalamic cluster, a cluster in the rostral brainstem and a cluster in the caudal brainstem. Those in the hypothalamus consisted of two groups, the periventricular hypothalamic organ and the infundibular recess, that were intimately associated with the ependymal wall of the third ventricle. Within the rostral brainstem cluster, three distinct divisions were found: the dorsal raphe nucleus (with four subdivisions), the median raphe nucleus and the cells of the supralemniscal region. The dorsal raphe was within and adjacent to the periaqueductal gray matter, the median raphe was associated with the midline ventral to the dorsal raphe, and the cells of the supralemniscal region were in the tegmentum lateral to the median raphe and ventral to the dorsal raphe. The caudal cluster consisted of three divisions: the raphe obscurus nucleus, the raphe pallidus nucleus and the raphe magnus nucleus. The raphe obscurus nucleus was associated with the dorsal midline at the caudal-most part of the medulla oblongata. The raphe pallidus nucleus was found at the ventral midline of the medulla around the inferior olive. Raphe magnus was associated with the midline of the medulla and was found rostral to both the raphe obscurus and raphe pallidus. The results of our study are compared in an evolutionary context with those reported for other mammals and reptiles. Copyright (C) 2002 S. Karger AG, Basel.