Changes in expression of BDNF and its receptors TrkB and p75NTR in the hippocampus of a dog model of chronic alcoholism and abstinence

Chronic ethanol consumption can produce learning and memory deficits. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and its receptors affect the pathogenesis of alcoholism. In this study, we examined the expression of BDNF, tropomyosin receptor kinase B (TrkB) and p75 neurotrophin receptor (p75NTR) in the hippocampus of a dog model of chronic alcoholism and abstinence. Twenty domestic dogs (9-10 months old, 15-20 kg; 10 males and 10 females) were obtained from Harbin Medical University. A stable alcoholism model was established through ad libitum feeding, and anti-alcohol drug treatment (Zhong Yao Jie Jiu Ling, the main ingredient was the stems of watermelon; developed in our laboratory), at low- and high-doses, was carried out. The Zhong Yao Jie Jiu Ling was effective for the alcoholism in dogs. The morphology of hippocampal neurons was evaluated using hematoxylin-eosin staining. The number and morphological features of BDNF, TrkB and p75NTR-positive neurons in the dentate gyrus (DG), and the CA1, CA3 and CA4 regions of the hippocampus were observed using immunohistochemistry. One-way ANOVA was used to determine differences in BDNF, TrkB and p75NTR expression. BDNF, TrkB and p75NTR-positive cells were mainly localized in the granular cell layer of the DG and in the pyramidal cell layer of the CA1, CA3 and CA4 regions (DG>CA1>CA3>CA4). Expression levels of both BDNF and TrkB were decreased in chronic alcoholism, and increased after abstinence. The CA4 region appeared to show the greatest differences. Changes in p75NTR expression were the opposite of those of BDNF and TrkB, with the greatest differences observed in the DG and CA4 regions.

Le rôle des cellules gliales de Müller dans la mort des cellules ganglionnaires de la rétine par des mécanismes cellulaires non-autonomes

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques.

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

Développement et radiosynthèse de ligands du récepteur tyrosine kinase neurotrophique type 2 (TrkB) marqués aux carbone-11 et fluor-18 pour l’imagerie cérébrale par tomographie d’émission de positons

Ce mémoire présente mes travaux ayant menés au développement d’une première génération de radioligands marqués au fluor-18 (t1/2 = 110 min) et au carbone-11 (t1/2 = 20.4 min) destinés à l’imagerie cérébrale in vivo du récepteur tyrosine kinase neurotrophique de type 2 (TrkB) en tomographie par émission de positons (TEP). Ces travaux reposent sur l’identification récente de ligands de TrkB non peptidiques à hautes affinités dérivés du 7,8-dihydroxyflavone. La synthèse d’une série de dérivés du 7,8-dihydroxyflavone non-radioactifs de même que des précuseurs à l’incorporation du fluro-18 et du carbone-11 a d’abord été effectuée. Partant des précurseurs adéquats synthétisés, la radiosynthèse de deux radioligands, l’un marqué au fluor-18 et l’autre au carbone-11, a été développée. Ces radiosynthèses reposent respectivement sur une 18F-radiofluorination nucléophile aromatique nouvelle et hautement efficace et sur une 11C-méthylation N-sélective. Les radiotraceurs de TrkB ainsi obtenus ont ensuite été évalués in vitro en autoradiographie et in vivo en tant que traceurs TEP dans des rats. L’évaluation des propriétés physico-chimique de même que de la stabilité in vitro des radiotraceurs sont présentées. Partant d’une série d’analogues cristallisés de ces flavones synthétiques, une étude de relation structure-activité a été menée. La combinaison de cette étude, de pair avec l’évaluation in vivo de la première génération de radiotraceurs de TrkB a aussi permis d’investiguer les pharmacophores nécessaires à l’affinité de ces ligands de même que d’identifier des fragments structurels associés au métabolisme des radiotraceurs. La radiosynthèse d’un troisième radioligand de TrkB et son évaluation TEP in vivo de même que la mise en lumière des modifications structurelles utiles au développement d’une seconde génération de radioligands de TrkB avec des propriétés optimisées pour fin d’imagerie TEP sont aussi détaillés.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

Prevalencia de obesidad y factores de riesgo cardiovascular en estudiantes de ciencias de la salud - universidad del Quindío - 2013

ANTECEDENTES: En Colombia, reportes del año 2010 de la Encuesta Nacional de la Situación en Nutrición ENSIN 2010(2), muestran uno de cada dos colombianos, presentan un índice de masa corporal mayor al esperado (3) METODO: El presente estudio de corte transversal, determino la prevalencia de obesidad y otros factores de riesgo cardiovascular en una población de estudiantes de Ciencias de la Salud de una Universidad regional en el primer periodo académico del año 2013. El tamaño de muestra fue n=113 sujetos que corresponden 60,5% a la carrera de medicina y 39,95% a enfermería. Con el fin de conocer su comportamiento con respecto a hábitos y estilos de vida específicos como el consumo de alcohol, el consumo de tabaco y el sedentarismo, así como su asociación a eventos inflamatorios relacionados con la fisiopatología de los procesos de salud asociados al peso, por medio de instrumentos de medición clínica, antropométrica y sérica, determino un modelo estadístico propicio para entender el comportamiento de la obesidad y la enfermedad Cardiovascular RESULTADOS: La prevalencia estimada de sobrepeso y obesidad por Índice de Masa Corporal (IMC), fue del 27,7% (IC 95%: 19.9%,37.2%); por el perímetro abdominal (OBPABD) se encontró una prevalencia estimada del 27,4% (IC 95%: 19,9% – 36,4%), y la prevalencia con el Índice Cintura Cadera (OBICC) fue de 3,5% (IC 95%:1,3% – 9,3%). CONCLUSIONES: La presencia de hábitos no saludables y la presencia de sobrepeso y obesidad se considera que es necesario en primera instancia una valoración general de estado nutricional de los universitarios de las diferentes facultados y plantear estrategias preventivas ya que la literatura documenta los efectos de los hábitos no saludables sino además documenta los efectos de la prevención de la misma ya que en si se ha encontrado asociación para enfermedades cardiovasculares. Se propone que para obtener mayor información del comportamiento de los factores de riesgo cardiovasculares se deberían realizar estudios retrospectivos en el que intervengan las demás carreras de la universidad y poder evaluar la totalidad de población universitaria

Food for thought: the role of dietary flavonoids in enhancing human memory, learning and neuro-cognitive performance

Emerging evidence suggests that dietary-derived flavonoids have the potential to improve human memory and neuro-cognitive performance via their ability to protect vulnerable neurons, enhance existing neuronal function and stimulate neuronal regeneration. Long-term potentiation (LTP) is widely considered to be one of the major mechanisms underlying memory acquisition, consolidation and storage in the brain and is known to be controlled at the molecular level by the activation of a number of neuronal signalling pathways. These pathways include the phosphatidylinositol-3 kinase/protein kinase B/Akt (Akt), protein kinase C, protein kinase A, Ca-calmodulin kinase and mitogen-activated protein kinase pathways. Growing evidence suggests that flavonoids exert effects on LTP, and consequently memory and cognitive performance, through their interactions with these signalling pathways. Of particular interest is the ability of flavonoids to activate the extracellular signal-regulated kinase and the Akt signalling pathways leading to the activation of the cAMP-response element-binding protein, a transcription factor responsible for increasing the expression of a number of neurotrophins important in LTP and long-term memory. One such neurotrophin is brain-derived neurotrophic factor, which is known to be crucial in controlling synapse growth, in promoting an increase in dendritic spine density and in enhancing synaptic receptor density. The present review explores the potential of flavonoids and their metabolite forms to promote memory and learning through their interactions with neuronal signalling pathways pivotal in controlling LTP and memory in human subjects.

Orphan nuclear receptor NGFI-B forms dimers with nonclassical interface

The orphan receptor nerve growth factor-induced B (NGFI-B) is a member of the nuclear receptor's subfamily 4A (Nr4a). NGFI-B was shown to be capable of binding both as a monomer to an extended half-site containing a single AAAGGTCA motif and also as a homodimer to a widely separated everted repeat, as opposed to a large number of nuclear receptors that recognize and bind specific DNA sequences predominantly as homo- and/or heterodimers. To unveil the structural organization of NGFI-B in solution, we determined the quaternary structure of the NGFI-B LBD by a combination of ab initio procedures from small-angle X-ray scattering (SAXS) data and hydrogen-deuterium exchange followed by mass spectrometry. Here we report that the protein forms dimers in solution with a radius of gyration of 2.9 nm and maximum dimension of 9.0 nm. We also show that the NGFI-B LBD dimer is V-shaped, with the opening angle significantly larger than that of classical dimer's exemplified by estrogen receptor (ER) or retinoid X receptor (RXR). Surprisingly, NGFI-B dimers formation does not occur via the classical nuclear receptor dimerization interface exemplified by ER and RXR, but instead, involves an extended surface area composed of the loop between helices 3 and 4 and C-terminal fraction of the helix 3. Remarkably, the NGFI-B dimer interface is similar to the dimerization interface earlier revealed for glucocorticoid nuclear receptor (GR), which might be relevant to the recognition of cognate DNA response elements by NGFI-B and to antagonism of NGFI-B-dependent transcription exercised by GR in cells. Published by Cold Spring Harbor Laboratory Press. Copyright © 2007 The Protein Society.

Tamoxifen inhibits transforming growth factor-α gene expression in human breast carcinoma samples treated with triiodothyronine

Objectives: To examine the effects of triiodothyronine (T3), 17β-estradiol (E2), and tamoxifen (TAM) on transforming growth factor (TGF)-α gene expression in primary breast cancer cell cultures and interactions between the different treatments. Methods and results: Patients included in the study (no.=12) had been newly diagnosed with breast cancer. Fresh human breast carcinoma tissue was cut into 0.3-mm slices. These slices were placed in six 35-mm dishes on 2-ml organ culture medium. Dishes received the following treatments: dish 1: ethanol; dish 2: T3; dish 3: T3+TAM; dish 4: TAM; dish 5: E2; dish 6: E2+TAM. TGF-α mRNA content was normalized to glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase mRNA levels. All tissues included in this study were positive for estrogen receptor (ER) and thyroid hormone receptor expression. Treatment with T3 for 48 h significantly increased TGF-α mRNA levels compared to controls (15-fold), and concomitant treatment with TAM reduced expression to 3.4-fold compared to controls. When only TAM was added to the culture medium, TGF-α mRNA expression increased 5.3-fold, significantly higher than with all other treatment modalities. Conclusion: We demonstrate that TGF-α mRNA expression is more efficiently upregulated by T3 than E2. Concomitant treatment with TAM had a mitigating effect on the T3 effect, while E2 induced TGF-α upregulation. Our findings show some similarities between primary culture and breast cancer cell lines, but also some important differences: a) induction of TGF-α, a mitogenic protein, by TAM; b) a differential effect of TAM that may depend on relative expression of ER α and β; and c) supraphysiological doses of T3 may induce mitogenic signals in breast cancer tissue under conditions of low circulating E2. ©2008, Editrice Kurtis.

Advances in drug design based on the amino acid approach: Taurine analogues for the treatment of CNS diseases

Amino acids are well known to be an important class of compounds for the maintenance of body homeostasis and their deficit, even for the polar neuroactive aminoacids, can be controlled by supplementation. However, for the amino acid taurine (2-aminoethanesulfonic acid) this is not true. Due its special physicochemical properties, taurine is unable to cross the blood-brain barrier. In addition of injured taurine transport systems under pathological conditions, CNS supplementation of taurine is almost null. Taurine is a potent antioxidant and anti-inflammatory semi-essential amino acid extensively involved in neurological activities, acting as neurotrophic factor, binding to GABA A/glycine receptors and blocking the excitotoxicity glutamate-induced pathway leading to be a neuroprotective effect and neuromodulation. Taurine deficits have been implicated in several CNS diseases, such as Alzheimer's, Parkinson's, epilepsy and in the damage of retinal neurons. This review describes the CNS physiological functions of taurine and the development of new derivatives based on its structure useful in CNS disease treatment.&; 2012 by the authors; licensee MDPI, Basel, Switzerland.

Primordial germ cells (spermatogonial stem cells) of bullfrogs express sex hormone-binding globulin and steroid receptors during seasonal spermatogenesis

In vertebrate species, testosterone seems to inhibit spermatogonial differentiation and proliferation. However, this androgen can also be converted, via aromatase, into estrogen which stimulates spermatogonial differentiation and mitotic activity. During seasonal spermatogenesis of adult bullfrogs Lithobates catesbeianus, primordial germ cells (PGCs) show enhanced testosterone cytoplasm immunoexpression in winter; however, in summer, weak or no testosterone immunolabelling was observed. The aim of this study was to confirm if PGCs express stem cell markers-alkaline phosphatase (AP) activity and GFRα1 (glial-cell-line-derived neurotrophic factor)-and verify whether testosterone is maintained in these cells by androgen receptors (ARs) and/or sex hormone-binding globulin (SHBG) in winter. Furthermore, regarding the possibility that testosterone is converted into estrogen by PGCs in summer, the immunoexpression of estrogen receptor (ER)β was investigated. Bullfrog testes were collected in winter and in summer and were embedded in glycol methacrylate for morphological analyses or in paraffin for the histochemical detection of AP activity. GFRα1, AR, SHBG and ERβ expression were detected by Western blot and immunohistochemical analyses. The expression of AP activity and GFRα1 in the PGCs suggest that these cells are spermatogonial stem cells. In winter, the cytoplasmic immunoexpression of ARs and SHBG in the PGCs indicates that testosterone is maintained by these proteins in these cells. The cytoplasmic immunoexpression of ERβ, in summer, also points to an ER-mediated action of estrogen in PGCs. The results indicate a participation of testosterone and estrogen in the control of the primordial spermatogonia during the seasonal spermatogenesis of L. catesbeianus. © 2012 S. Karger AG, Basel.

Enhanced nicotine-seeking behavior following pre-exposure to repeated cocaine is accompanied by changes in BDNF in the nucleus accumbens of rats

We investigated the behavioral and molecular interactions between cocaine and nicotine, through evaluating locomotor activity, nicotine intravenous self-administration and gene expression. Locomotor sensitization was induced in male Wistar rats by repeated cocaine (20 mg/kg; i.p.) or saline injections once a day over 7 days. Three days after the last injection, rats were challenged with either saline or cocaine (15 mg/kg; i.p.) and the locomotor activity was measured. The very next day animals received either saline or nicotine (0.4 mg/kg; s.c.) and the locomotor cross-sensitization was tested. Animals were then prepared with intrajugular catheters for nicotine self-administration. Nicotine self-administration patterns were evaluated using fixed or progressive ratio schedules of reinforcement and a 24-h unlimited access binge. Immediately after the binge sessions animals were decapitated, the brains were removed and the nucleus accumbens was dissected. The dynorphin (DYN), μ-opioid receptor (mu opioid), neuropeptide Y (NPY), brain-derived neurotrophic factor (BDNF), tropomyosin-related tyrosine kinase B receptor (TrkB) and corticotropin- releasing factor receptor type 1 (CRF-R1) gene expression were measured by the reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). Pretreatment with cocaine caused sensitization of cocaine motor response and locomotor cross-sensitization with nicotine. In the self-administration experiments repeated cocaine administration caused an increase in the nicotine break point and nicotine intake during a 24 h binge session. © 2013 Elsevier Inc.

17 beta-Estradiol replacement in young, adult and middle-aged female ovariectomized rats promotes improvement of spatial reference memory and an antidepressant effect and alters monoamines and BDNF levels in memory- and depression-related brain areas

Clinical and experimental evidence suggest that estrogens have a major impact on cognition, presenting neurotrophic and neuroprotective actions in regions involved in such function. In opposite, some studies indicate that certain hormone therapy regimens may provoke detrimental effects over female cognitive and neurological function. Therefore, we decided to investigate how estrogen treatment would influence cognition and depression in different ages. For that matter, this study assessed the effects of chronic 17 beta-estradiol treatment over cognition and depressive-like behaviors of young (3 months old), adult (7 months old) and middle-aged (12 months old) reproductive female Wistar rats. These functions were also correlated with alterations in the serotonergic system, as well as hippocampal BDNF. 17 beta-Estradiol treatment did not influence animals' locomotor activity and exploratory behavior, but it was able to improve the performance of adult and middle-aged rats in the Morris water maze, the latter being more responsive to the treatment. Young and adult rats displayed decreased immobility time in the forced swimming test, suggesting an effect of 17 beta-estradiol also over such depressive-like behavior. This same test revealed increased swimming behavior, triggered by serotonergic pathway, in adult rats. Neurochemical evaluations indicated that 17 beta-estradiol treatment was able to increase serotonin turnover rate in the hippocampus of adult rats. Interestingly, estrogen treatment increased BDNF levels from animals of all ages. These findings support the notion that the beneficial effects of 17 beta-estradiol over spatial reference memory and depressive-like behavior are evident only when hormone therapy occurs at early ages and early stages of hormonal decline. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Cannabidiol blocks long-lasting behavioral consequences of predator threat stress: Possible involvement of 5HT1A receptors

Posttraumatic stress disorder (PTSD) is an incapacitating syndrome that follows a traumatic experience. Predator exposure promotes long-lasting anxiogenic effect in rodents, an effect related to symptoms found in PTSD patients. Cannabidiol (CBD) is a non-psychotomimetic component of Cannabis sativa with anxiolytic effects. The present study investigated the anti-anxiety actions of CBD administration in a model of PTSD. Male Wistar rats exposed to a predator (cat) received, 1 h later, singled or repeated i.p. administration of vehicle or CBD. Seven days after the stress animals were submitted to the elevated plus maze. To investigate the involvement of 5HT1A receptors in CBD effects animals were pre-treated with WAY100635, a 5HT1A receptor antagonist. To explore possible neurobiological mechanisms involved in these effects, 5HT1A receptor mRNA and BDNF protein expression were measured in the hippocampus, frontal cortex, amygdaloid complex and dorsal periaqueductal gray. Repeated administration of CBD prevented long-lasting anxiogenic effects promoted by a single predator exposure. Pretreatment with WAY100635 attenuated CBD effects. Seven days after predator exposure 5HT1A mRNA expression was up regulated in the frontal cortex and hippocampus. CBD and paroxetine failed to prevent this effect. No change in BDNF expression was found. In conclusion, predator exposure promotes long-lasting up-regulation of 5HT1A receptor gene expression in the hippocampus and frontal cortex. Repeated CBD administration prevents the long-lasting anxiogenic effects observed after predator exposure probably by facilitating 5HT1A receptors neurotransmission. Our results suggest that CBD has beneficial potential for PTSD treatment and that 5HT1A receptors could be a therapeutic target in this disorder. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Role of BDNF secretion and signaling in the activity-dependent refinement of synaptic connections

Neuronal networks exhibit diverse types of plasticity, including the activity-dependent regulation of synaptic functions and refinement of synaptic connections. In addition, continuous generation of new neurons in the “adult” brain (adult neurogenesis) represents a powerful form of structural plasticity establishing new connections and possibly implementing pre-existing neuronal circuits (Kempermann et al, 2000; Ming and Song, 2005). Neurotrophins, a family of neuronal growth factors, are crucially involved in the modulation of activity-dependent neuronal plasticity. The first evidence for the physiological importance of this role evolved from the observations that the local administration of neurotrophins has dramatic effects on the activity-dependent refinement of synaptic connections in the visual cortex (McAllister et al, 1999; Berardi et al, 2000; Thoenen, 1995). Moreover, the local availability of critical amounts of neurotrophins appears to be relevant for the ability of hippocampal neurons to undergo long-term potentiation (LTP) of the synaptic transmission (Lu, 2004; Aicardi et al, 2004). To achieve a comprehensive understanding of the modulatory role of neurotrophins in integrated neuronal systems, informations on the mechanisms about local neurotrophins synthesis and secretion as well as ditribution of their cognate receptors are of crucial importance. In the first part of this doctoral thesis I have used electrophysiological approaches and real-time imaging tecniques to investigate additional features about the regulation of neurotrophins secretion, namely the capability of the neurotrophin brain-derived neurotrophic factor (BDNF) to undergo synaptic recycling. In cortical and hippocampal slices as well as in dissociated cell cultures, neuronal activity rapidly enhances the neuronal expression and secretion of BDNF which is subsequently taken up by neurons themselves but also by perineuronal astrocytes, through the selective activation of BDNF receptors. Moreover, internalized BDNF becomes part of the releasable source of the neurotrophin, which is promptly recruited for activity-dependent recycling. Thus, we described for the first time that neurons and astrocytes contain an endocytic compartment competent for BDNF recycling, suggesting a specialized form of bidirectional communication between neurons and glia. The mechanism of BDNF recycling is reminiscent of that for neurotransmitters and identifies BDNF as a new modulator implicated in neuro- and glio-transmission. In the second part of this doctoral thesis I addressed the role of BDNF signaling in adult hippocampal neurogenesis. I have generated a transgenic mouse model to specifically investigate the influence of BDNF signaling on the generation, differentiation, survival and connectivity of newborn neurons into the adult hippocampal network. I demonstrated that the survival of newborn neurons critically depends on the activation of the BDNF receptor TrkB. The TrkB-dependent decision regarding life or death in these newborn neurons takes place right at the transition point of their morphological and functional maturation Before newborn neurons start to die, they exhibit a drastic reduction in dendritic complexity and spine density compared to wild-type newborn neurons, indicating that this receptor is required for the connectivity of newborn neurons. Both the failure to become integrated and subsequent dying lead to impaired LTP. Finally, mice lacking a functional TrkB in the restricted population of newborn neurons show behavioral deficits, namely increased anxiety-like behavior. These data suggest that the integration and establishment of proper connections by newly generated neurons into the pre-existing network are relevant features for regulating the emotional state of the animal.