Synaptic dysfunction in early encephalopathies : from genes to function

Tese de doutoramento, Medicina (Neurologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Ocorrência circadiária de crises em doentes com epilepsia

Tese de mestrado, Ciências do Sono, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2016

Partial Rhombencephalosynapsis.

Clinical history - A 4-year-old boy, born prematurely at 29 weeks (twin pregnancy), with periventricular leukomalacia and epilepsy underwent brain MRI. Neurological examination showed severe developmental retardation with axial hypotonia, spastic tetraparesis and convergent strabismus. Imaging findings - Cranial MRI revealed typical aspects of partial rhombencephalosynapsis with vermian hypoplasia, midline fusion of the cerebellar hemispheres and transversely oriented folia and fissures. There was also mild dilatation and dysmorphism of the ventricular system, the septum pellucidum was absent, the hippocampi were malrotated and had vertical orientation and additional finding of associated periventricular cystic leukomalacia. Discussion - Rhombencephalosynapsis (RS) is a rare congenital defect of the cerebellum classically characterised by vermian agenesis or hypogenesis, fusion of the hemispheres, and closely apposed or fused dentate nuclei. It is now considered to result from an absence of division of the cerebellar hemispheres, following an insult between the 28th and 44th day of gestation (i.e., before the formation of the vermis). Other features have also been described such as fusion of the thalami and cerebral peduncles, malrotated hippocampi, corpus callosum agenesis, hypoplastic chiasm, absence of the septum pellucidum, ventriculomegaly, agenesis of the posterior lobe of the pituitary and cortical malformations. Musculoskeletal, cardiovascular, urinary tract, and respiratory abnormalities have been reported. Typical symptoms consist of swallowing difficulties, delayed motor acquisitions, muscular hypotonia, spastic quadriparesis, cerebellar signs including dysarthria, gait ataxia, abnormal eye movements, and seizures and hydrocephalus. The major MRI signs consist of fused cerebellar hemispheres, with absent or hypoplastic vermis, narrow diamond-shaped fourth ventricle and fused dentate nuclei. In a minority of cases, partial RS has been identified by MRI, demonstrating the presence of the nodulus and the anterior vermis and absence of part of the posterior vermis with only partial fusion of the hemispheres in the inferior part. Other cerebellar malformations involving vermian agenesis or hypoplasia include the Dandy–Walker continuum, Joubert syndrome, tectocerebellar dysraphy or pontocerebellar hypoplasias, and are now easily distinguished from RS by both brain MRI and morphology.

Diagnostic yield of short-term video-EEG monitoring for epilepsy and PNESs: a European assessment.

INTRODUCTION: Although long-term video-EEG monitoring (LVEM) is routinely used to investigate paroxysmal events, short-term video-EEG monitoring (SVEM) lasting <24 h is increasingly recognized as a cost-effective tool. Since, however, relatively few studies addressed the yield of SVEM among different diagnostic groups, we undertook the present study to investigate this aspect. METHODS: We retrospectively analyzed 226 consecutive SVEM recordings over 6 years. All patients were referred because routine EEGs were inconclusive. Patients were classified into 3 suspected diagnostic groups: (1) group with epileptic seizures, (2) group with psychogenic nonepileptic seizures (PNESs), and (3) group with other or undetermined diagnoses. We assessed recording lengths, interictal epileptiform discharges, epileptic seizures, PNESs, and the definitive diagnoses obtained after SVEM. RESULTS: The mean age was 34 (±18.7) years, and the median recording length was 18.6 h. Among the 226 patients, 127 referred for suspected epilepsy - 73 had a diagnosis of epilepsy, none had a diagnosis of PNESs, and 54 had other or undetermined diagnoses post-SVEM. Of the 24 patients with pre-SVEM suspected PNESs, 1 had epilepsy, 12 had PNESs, and 11 had other or undetermined diagnoses. Of the 75 patients with other diagnoses pre-SVEM, 17 had epilepsy, 11 had PNESs, and 47 had other or undetermined diagnoses. After SVEM, 15 patients had definite diagnoses other than epilepsy or PNESs, while in 96 patients, diagnosis remained unclear. Overall, a definitive diagnosis could be reached in 129/226 (57%) patients. CONCLUSIONS: This study demonstrates that in nearly 3/5 patients without a definitive diagnosis after routine EEG, SVEM allowed us to reach a diagnosis. This procedure should be encouraged in this setting, given its time-effectiveness compared with LVEM.

Cerebral perfusion CT: Current state of the art : P44

Purpose: The aim of this educational poster is to introduce the technical principles of cerebral perfusion CT and to provide examples of its clinical applications and potential limitations in the everyday emergency practice. Methods and materials: Cerebral perfusion CT is a well established investigatory tool for many vascular and parenchymal brain dysfunctions. CT perfusion maps allow a semiquantitative assessment of cerebral perfusion. Results: Currently, cerebral perfusion CT has a pivotal role in differentiating reversible from irreversible ischemic parenchymal insult besides its integral role in grading vasospasm after subarachnoid hemorrhage. Furthermore, cerebral perfusion CT can be coupled to acetazolamide administration in order to assess the cerebrovascular reserve capacity before performing extra-/intra-cranial bypass surgery in patients with cerebral vascular insufficiency. Cerebral perfusion CT can also identify diffuse abnormalities of cerebral perfusion in children with traumatic brain injury showing a low initial GCS in order to predict the final outcome regarding the late occurrence of irreversible parenchymal damage. Cerebral Perfusion CT is also able to detect focal parenchymal perfusion abnormalities in acute epileptic seizures. Conclusion: Cerebral perfusion CT can be integrated in the management of many vascular, traumatic and functional disorders of the brain.

Temporal changes in mRNA expression of the brain nutrient transporters in the lithium-pilocarpine model of epilepsy in the immature and adult rat.

The lithium-pilocarpine model mimics most features of human temporal lobe epilepsy. Following our prior studies of cerebral metabolic changes, here we explored the expression of transporters for glucose (GLUT1 and GLUT3) and monocarboxylates (MCT1 and MCT2) during and after status epilepticus (SE) induced by lithium-pilocarpine in PN10, PN21, and adult rats. In situ hybridization was used to study the expression of transporter mRNAs during the acute phase (1, 4, 12 and 24h of SE), the latent phase, and the early and late chronic phases. During SE, GLUT1 expression was increased throughout the brain between 1 and 12h of SE, more strongly in adult rats; GLUT3 increased only transiently, at 1 and 4h of SE and mainly in PN10 rats; MCT1 was increased at all ages but 5-10-fold more in adult than in immature rats; MCT2 expression increased mainly in adult rats. At all ages, MCT1 and MCT2 up-regulation was limited to the circuit of seizures while GLUT1 and GLUT3 changes were more widespread. During the latent and chronic phases, the expression of nutrient transporters was normal in PN10 rats. In PN21 rats, GLUT1 was up-regulated in all brain regions. In contrast, in adult rats GLUT1 expression was down-regulated in the piriform cortex, hilus and CA1 as a result of extensive neuronal death. The changes in nutrient transporter expression reported here further support previous findings in other experimental models demonstrating rapid transcriptional responses to marked changes in cerebral energetic/glucose demand.

Subtelomeric deletion of chromosome 10p15.3: clinical findings and molecular cytogenetic characterization.

We describe 19 unrelated individuals with submicroscopic deletions involving 10p15.3 characterized by chromosomal microarray (CMA). Interestingly, to our knowledge, only two individuals with isolated, submicroscopic 10p15.3 deletion have been reported to date; however, only limited clinical information is available for these probands and the deleted region has not been molecularly mapped. Comprehensive clinical history was obtained for 12 of the 19 individuals described in this study. Common features among these 12 individuals include: cognitive/behavioral/developmental differences (11/11), speech delay/language disorder (10/10), motor delay (10/10), craniofacial dysmorphism (9/12), hypotonia (7/11), brain anomalies (4/6) and seizures (3/7). Parental studies were performed for nine of the 19 individuals; the 10p15.3 deletion was de novo in seven of the probands, not maternally inherited in one proband and inherited from an apparently affected mother in one proband. Molecular mapping of the 19 individuals reported in this study has identified two genes, ZMYND11 (OMIM 608668) and DIP2C (OMIM 611380; UCSC Genome Browser), mapping within 10p15.3 which are most commonly deleted. Although no single gene has been identified which is deleted in all 19 individuals studied, the deleted region in all but one individual includes ZMYND11 and the deleted region in all but one other individual includes DIP2C. There is not a clearly identifiable phenotypic difference between these two individuals and the size of the deleted region does not generally predict clinical features. Little is currently known about these genes complicating a direct genotype/phenotype correlation at this time. These data however, suggest that ZMYND11 and/or DIP2C haploinsufficiency contributes to the clinical features associated with 10p15 deletions in probands described in this study.

Removing Oneself from the Shadows: A Heuristic Inquiry to Understand the Lived Experience of Epilepsy in Young Adult Women and their Epilepsy Disclosure

Epilepsy is a chronic neurological disorder characterized by recurrent seizures (Stein & Kanner, 2009). The purpose of this study was to understand the essence of being a young woman living with epilepsy using heuristic inquiry (Moustakas, 1990). The research was built upon the assumption that each experience is unique, yet commonalities exist. Five women aged 22 to 28 years living with epilepsy were interviewed. Additionally, the researcher described her life with epilepsy. Participants characterized life with epilepsy as a transformative journey. The act of meeting and interacting with another woman living with epilepsy provided an opportunity to remove themselves from the shadows and discuss epilepsy. Three major themes of seizures, medical treatment, and social relationships were developed revealing a complex view of an illness requiring engaged advocacy in the medical system. Respondents frequently make difficult adjustments to accommodate epilepsy. This study provides a complex in-depth view of life with epilepsy.

Caractérisation électro-clinique des convulsions fébriles et risque d’épilepsie

Environ 2-3% d’enfants avec convulsions fébriles (CF) développent une épilepsie, mais les outils cliniques existants ne permettent pas d’identifier les enfants susceptibles de développer une épilepsie post-convulsion fébrile. Des études ont mis en évidence des anomalies d’EEG quantifiée, et plus particulièrement en réponse à la stimulation lumineuse intermittente (SLI), chez des patients épileptiques. Aucune étude n’a analysé ces paramètres chez l’enfant avec CF et il importe de déterminer s’ils sont utiles pour évaluer le pronostic des CF. Les objectifs de ce programme de recherche étaient d’identifier, d’une part, des facteurs de risque cliniques qui déterminent le développement de l’épilepsie après des CF et, d’autre part, des marqueurs électrophysiologiques quantitatifs qui différencieraient les enfants avec CF des témoins et pourraient aider à évaluer leur pronostic. Afin de répondre à notre premier objectif, nous avons analysé les dossiers de 482 enfants avec CF, âgés de 3 mois à 6 ans. En utilisant des statistiques de survie, nous avons décrit les facteurs de risque pour développer une épilepsie partielle (antécédents prénataux, retard de développement, CF prolongées et focales) et généralisée (antécédents familiaux d’épilepsie, CF récurrentes et après l’âge de 4 ans). De plus, nous avons identifié trois phénotypes cliniques distincts ayant un pronostic différent : (i) CF simples avec des antécédents familiaux de CF et sans risque d’épilepsie ultérieure; (ii) CF récurrentes avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie généralisée; (iii) CF focales avec des antécédents familiaux d’épilepsie et un risque d’épilepsie partielle. Afin de répondre à notre deuxième objectif, nous avons d’abord analysé les potentiels visuels steady-state (PEVSS) évoqués par la SLI (5, 7,5, 10 et 12,5 Hz) en fonction de l’âge. Le tracé EEG de haute densité (128 canaux) a été enregistré chez 61 enfants âgés entre 6 mois et 16 ans et 8 adultes normaux. Nous rapportons un développement topographique différent de l’alignement de phase des composantes des PEVSS de basses (5-15 Hz) et de hautes (30-50 Hz) fréquences. Ainsi, l’alignement de phase des composantes de basses fréquences augmente en fonction de l’âge seulement au niveau des régions occipitale et frontale. Par contre, les composantes de hautes fréquences augmentent au niveau de toutes les régions cérébrales. Puis, en utilisant cette même méthodologie, nous avons investigué si les enfants avec CF présentent des anomalies des composantes gamma (50-100 Hz) des PEVSS auprès de 12 cas de CF, 5 frères et sœurs des enfants avec CF et 15 témoins entre 6 mois et 3 ans. Nous montrons une augmentation de la magnitude et de l’alignement de phase des composantes gamma des PEVSS chez les enfants avec CF comparés au groupe témoin et à la fratrie. Ces travaux ont permis d’identifier des phénotypes électro-cliniques d’intérêt qui différencient les enfants avec CF des enfants témoins et de leur fratrie. L’étape suivante sera de vérifier s’il y a une association entre les anomalies retrouvées, la présentation clinique et le pronostic des CF. Cela pourrait éventuellement aider à identifier les enfants à haut risque de développer une épilepsie et permettre l’institution d’un traitement neuroprotecteur précoce.

Impact du genre et du modèle sur les mécanismes d’épileptogénèse dans le cerveau immature

Les modèles kainate et pentylènetétrazole représentent deux modèles d’épilepsie du lobe temporal dont les conséquences à long terme sont différentes. Le premier est un modèle classique d’épileptogénèse avec crises récurrentes spontanées tandis que le second se limite aux crises aigües. Nous avons d’abord caractérisé les différents changements survenant dans les circuits excitateurs et inhibiteurs de l’hippocampe adulte de rats ayant subi des crises à l’âge immature. Ensuite, ayant observé dans le modèle fébrile une différence du pronostic lié au genre, nous avons voulu savoir si cette différence était aussi présente dans des modèles utilisant des neurotoxines. L’étude électrophysiologique a démontré que les rats KA et PTZ, mâles comme femelles, présentaient une hyperactivité des récepteurs NMDA au niveau des cellules pyramidales du CA1, CA3 et DG. Les modifications anatomiques sous-tendant cette hyperexcitabilité ont été étudiées et les résultats ont montré une perte sélective des interneurones GABAergiques contenant la parvalbumine dans les couches O/A du CA1 des mâles KA et PTZ. Chez les femelles, seul le DG était légèrement affecté pour les PTZ tandis que les KA présentaient, en plus du DG, des pertes importantes au niveau de la couche O/A. Les évaluations cognitives ont démontré que seuls les rats PTZ accusaient un déficit spatial puisque les rats KA présentaient un apprentissage comparable aux rats normaux. Cependant, encore une fois, cette différence n’était présente que chez les mâles. Ainsi, nos résultats confirment qu’il y a des différences liées au genre dans les conséquences des convulsions lorsqu’elles surviennent chez l’animal immature.

La perception des thérapeutes sur les difficultés d’intervenir auprès des adolescents atteints d’un trouble de personnalité limite (TPL) avec conduites suicidaires

Au Québec, les tentatives de suicide chez les adolescents prennent une ampleur considérable dans le réseau public de la santé et un nombre élevé de ces adolescents suicidaires sont épris d’un trouble de personnalité limite (TPL). Ces adolescents TPL présentent de nombreuses crises associées aux conduites suicidaires et aux comportements d’automutilation les amenant à consulter des professionnels de la santé de manière récurrente due, entre autres, aux abandons prématurés de la thérapie. Considérant cette problématique préoccupante, ce mémoire s’est intéressé aux facteurs impliqués dans la complexité de l’intervention auprès des adolescents atteints d’un TPL selon la perception des thérapeutes. Ce projet exploratoire de type qualitatif a été effectué sous forme d’entrevues semi-structurées auprès de onze thérapeutes de troisième ligne en pédopsychiatrie. Dans ce contexte de soins psychiatrique au Québec, les résultats de ce projet confirme la complexité de l’intervention auprès de ces jeunes et font émerger plusieurs facteurs pouvant expliquer les difficultés liées au processus d’intervention en lien, entre autres, à la symptomatologie, au risque suicidaire élevé, au risque d’abandons prématurés, à leur grande instabilité émotionnelle, relationnelle et comportementale influençant, par le fait même, le thérapeute dans son savoir-faire et son savoir-être.

Rôle des récepteurs glutamatergiques dans l'activité épileptiforme des interneurones inhibiteurs de l'hippocampe

Les patients atteints d'épilepsie du lobe temporal (TLE) ainsi que les rats injectés à l'acide kaïnique (KA) exhibent des patrons pathophysiologiques similaires de crises, de sclérose de l'hippocampe et de perte de certains types neuronaux. Parmi les cellules atteintes dans le modèle KA du TLE on retrouve certains interneurones inhibiteurs du CA1. En effet, certains interneurones des couches oriens et alveus (O/A-IN) meurent suite à une injection de KA chez le rat, contrairement aux interneurones à la bordure des couches radiatum et lacunosum/moleculare (R/LM-IN) de la même région. Bien que cette perte soit empêchée par des antagonistes des récepteurs glutamatergiques métabotropes de groupe I (mGluR1/5), la cause de cette perte sélective des O/A-INs reste à être précisée. Au cours des travaux de cette thèse, nous avons effectué des enregistrements de patch-clamp en configuration cellule-entière en modes courant- et voltage-imposé couplés à l'imagerie calcique pour étudier les causes de la vulnérabilité sélective des O/A-INs dans ce modèle. Dans un premier temps, nous avons évalué les effets d'une application aiguë de KA sur les propriétés membranaires et calciques pour voir s'il y avait des différences entre les O/A-INs et R/LM-INs qui pourraient expliquer la vulnérabilité. Nos résultats montrent que les dépolarisations et variations de résistance d'entrée ainsi que les augmentations de calcium intracellulaire, dépendantes principalement des récepteurs -amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxasole propionic acid (AMPA), sont similaires entre les deux types d'interneurones suite à des applications aigües de KA. Ceci indique que l'effet aigu du KA sur les interneurones ne serait pas la cause de la vulnérabilité des O/A-INs. Dans un second temps nous avons comparé l'implication des sous-types de récepteurs mGluR1 et 5 dans l'activité épileptiforme des deux types d'interneurones évoquée dans un modèle de tranche désinhibée. Dans ce cas, nos données montrent un rôle important des mGluR1 et 5 activés synaptiquement lors des décharges épileptiformes et ce, de manière spécifique aux O/A-INs. Les courants synaptiques sous-tendant ces décharges impliquent des récepteurs ionotropes et métabotropes du glutamate. En présence d'antagonistes des récepteurs ionotropes glutamatergiques, les courants synaptiques sont biphasiques et formés de composantes rapide et lente. Les récepteurs mGluR1 et 5 sont différemment impliqués dans ces composantes: les mGluR5 étant impliqués dans les composantes rapide et lente, et les mGluR1 que dans la composante lente. Ces résultats indiquent que les mGluR1 et 5 contribuent différemment à l'activité épileptiforme, et spécifiquement dans les O/A-INs, et pourraient donc être impliqués dans la vulnérabilité sélective de ces interneurones dans le modèle KA.

Développement physiologique des voies visuelles chez le rat normal et chez celui ayant subi des convulsions hyperthermiques

Les neurones des couches superficielles du collicule supérieur et du cortex visuel primaire du rat adulte sont sensibles à de basses fréquences spatiales de haut contraste défilant à des vitesses élevées. Entre les jours post-nataux 27-30 et l’âge adulte, les fréquences temporelles optimales des neurones du cortex visuel primaire augmentent, tandis que leurs seuils de contraste diminuent. Cependant, les fréquences spatiales optimales, les valeurs de résolution spatiale et les bandes passantes spatiales de ces neurones sont, dès l’ouverture des paupières, similaires à celles observées chez le rat adulte. Ces profils de réponse neuronale suggèrent que les projections rétino-colliculaires et rétino-géniculo-corticales sont essentiellement issues de neurones ganglionnaires rétinofuges magnocellulaires et koniocellulaires. Les neurones du cortex visuel primaire du rat ayant subi des convulsions hyperthermiques présentent, dès l’ouverture des paupières, de basses fréquences spatiales optimales, de larges bandes passantes directionnelles et temporelles ainsi que des seuils de contraste élevés par rapport aux neurones du rat normal. À l’âge adulte, de basses fréquences temporelles optimales et de larges bandes passantes spatiales sont également observées chez le rat ayant subi des convulsions hyperthermiques. L’altération des profils de réponse des neurones du cortex visuel primaire du rat ayant subi de convulsions hyperthermiques suggère un déséquilibre entre les mécanismes neuronaux excitateurs et inhibiteurs de cette aire corticale. Ces résultats suggèrent également qu’un épisode unique de convulsions fébriles infantiles suffit à altérer le développement des propriétés spatio-temporelles des champs récepteurs des neurones du cortex visuel primaire.

Le monde à l'envers : analyse de la structure du trafic transnational de drogues illicites

La thèse vise à analyser la structure des échanges transnationaux de cocaïne, d’héroïne et de marijuana. Partant de la perspective des systèmes-mondes, l’hypothèse que le trafic de drogues forme un système inverse au commerce légal est développée. Les outils de l’analyse de réseaux sont appliqués aux échanges de drogues entre pays. La thèse s’appuie sur deux sources de données complémentaires. La première est une banque d’informations uniques compilées par l’United Nations Office on Drugs and Crime (UNODC) sur les saisies d’importance effectuées dans le monde entre 1998 et 2007 (n = 47629). Ces données sont complétées par les informations contenues dans une dizaine de rapports publiés par des organismes internationaux de surveillance du trafic de drogues. Les réseaux d’échanges dirigés construits à partir de ces données permettent d’examiner l’étendue du trafic entre la plupart des pays du monde et de qualifier leur implication individuelle. Les chapitres 3 et 4 portent sur la structure du trafic elle-même. Dans un premier temps, les différents rôles joués par les pays et les caractéristiques des trois marchés de drogues sont comparés. Les quantités en circulation et les taux d’interception sont estimés pour les 16 régions géographiques définies par l’UNODC. Dans un deuxième temps, leurs caractéristiques structurelles sont comparées à celles des marchés légaux. Il en ressort que les marchés de drogues sont beaucoup moins denses et que les pays périphériques y jouent un rôle plus prononcé. L’inégalité des échanges caractérise les deux économies, mais leurs structures sont inversées. Le chapitre 5 propose une analyse de la principale source de risque pour les trafiquants, les saisies de drogues. Les données compilées permettent de démontrer que les saisies policières de drogues agrégées au niveau des pays sont principalement indicatrices du volume de trafic. L’éventuel biais lié aux pressions policières est négligeable pour les quantités saisies, mais plus prononcé pour le nombre de saisies. Les organismes de contrôle seraient donc plus à même de moduler leurs activités que les retombées éventuelles. Les résultats suggèrent aussi que les trafiquants adoptent des stratégies diverses pour limiter les pertes liées aux saisies. Le chapitre 6 s’attarde à l’impact de la structure sur le prix et la valeur des drogues. Le prix de gros varie considérablement d’un pays à l’autre et d’une drogue à l’autre. Ces variations s’expliquent par les contraintes auxquelles font face les trafiquants dans le cadre de leurs activités. D’une part, la valeur des drogues augmente plus rapidement lorsqu’elles sont destinées à des pays où les risques et les coûts d’importation sont élevés. D’autre part, la majoration des prix est plus prononcée lorsque les échanges sont dirigés vers des pays du cœur de l’économie légale. De nouveau, les rôles sont inversés : les pays généralement avantagés dépendent des plus désavantagés, et les pays pauvres en profitent pour exploiter les riches.