Identification des gènes modifiant l’âge d’apparition du glaucome primaire à angle-ouvert dans une famille canadienne-française fondatrice.

Le glaucome est un groupe hétérogène de maladies qui sont caractérisées par l’apoptose des cellules ganglionnaires de la rétine et la dégénérescence progressive du nerf optique. Il s’agit de la première cause de cécité irréversible, qui touche environ 60 millions de personnes dans le monde. Sa forme la plus commune est le glaucome à angle ouvert (GAO), un trouble polygénique causé principalement par une prédisposition génétique, en interaction avec d’autres facteurs de risque tels que l’âge et la pression intraoculaire élevée (PIO). Le GAO est une maladie génétique complexe, bien que certaines formes sévères sont autosomiques dominantes. Dix-sept loci ont été liés à la maladie et acceptés par la « Human Genome Organisation » (HUGO) et cinq gènes ont été identifiés à ces loci (MYOC, OPTN, WDR36, NTF4, ASB10). Récemment, des études d’association sur l’ensemble du génome ont identifié plus de 20 facteurs de risque fréquents, avec des effets relativement faibles. Depuis plus de 50 ans, notre équipe étudie 749 membres de la grande famille canadienne-française CA où la mutation MYOCK423E cause une forme autosomale dominante de GAO dont l’âge de début est fortement variable. Premièrement, il a été montré que cette variabilité de l’âge de début de l’hypertension intraoculaire possède une importante composante génétique causée par au moins un gène modificateur. Ce modificateur interagit avec la mutation primaire et altère la sévérité du glaucome chez les porteurs de MYOCK423E. Un gène modificateur candidat WDR36 a été génotypé dans 2 grandes familles CA et BV. Les porteurs de variations non-synonymes de WDR36 ainsi que de MYOCK423E de la famille CA ont montré une tendance à développer la maladie plus jeune. Un outil de forage de données a été développé pour représenter des informations connues relatives à la maladie et faciliter la priorisation des gènes candidats. Cet outil a été appliqué avec succès à la dépression bipolaire et au glaucome. La suite du projet consiste à finaliser un balayage de génome sur la famille CA et à séquencer les loci afin d’identifier les variations modificatrices du glaucome. Éventuellement, ces variations permettront d’identifier les individus dont le glaucome risque d’être plus agressif.

OPA1-related disorders: Diversity of clinical expression, modes of inheritance and pathophysiology

International audience

Evaluation of Calretinin as a New Marker in the Diagnosis of Hirschsprung Disease

Background: Hirschsprung’s disease (HD) is a congenital intestinal motility disorder with absence of ganglion cells in the colonic wall. Diagnosis of the disease is mainly based on the identification of the lack of ganglion cells in the pathology sections of the colon which is very difficult and time consuming and also needs several serial cut sections. There are many proposed markers in this field in the literature but none of them has been satisfactory. Calretinin immunohistochemistry (IHC) has been introduced as a new diagnostic marker to overcome the problems in diagnosis of this disease about 5 years ago. However there are few studies regarding the benefits and pitfalls of this marker. Objectives: The aim of this study is to determine the diagnostic value of calretinin IHC in detecting aganglionosis (HD). Patients and Methods: 27 HD patients and 28 non-Hirschsprung’s disease (NHD) patients were collected in a prospective study and calretinin IHC was performed on 31 aganglionic and 51 normoganglionic full wall thickness sections of colectomies (some of the cases had more than 1 section). The IHC slides were evaluated by two pathologists and the diagnostic value was calculated in comparison with gold standard which is the presence or absence of ganglion cells in serial Hematoxylin and Eosin (HE) stained sections of the colectomies. Results: There was great concordance between the final diagnosis of both pathologists and gold standard (k > 0.9). Calretinin immunostaining showed 100% specificity and positive predictive value and more than 90% sensitivity and negative predictive value. High agreement was present between the two pathologists (k > 0.9). Conclusions: Calretinin IHC is a very convenient, useful and valuable method to demonstrate aganglionosis in HD patients. Loss of calretinin immunostaining in lamina propria and submucosa is characteristic of HD.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Aligned nanofibers from polypyrrole/graphene as electrodes for regeneration of optic nerve via electrical stimulation

The damage of optic nerve will cause permanent visual field loss and irreversible ocular diseases, such as glaucoma. The damage of optic nerve is mainly derived from the atrophy, apoptosis or death of retinal ganglion cells (RGCs). Though some progress has been achieved on electronic retinal implants that can electrically stimulate undamaged parts of RGCs or retina to transfer signals, stimulated self-repair/regeneration of RGCs has not been realized yet. The key challenge for development of electrically stimulated regeneration of RGCs is the selection of stimulation electrodes with a sufficient safe charge injection limit (Q(inj), i.e., electrochemical capacitance). Most traditional electrodes tend to have low Q(inj) values. Herein, we synthesized polypyrrole functionalized graphene (PPy-G) via a facile but efficient polymerization-enhanced ball milling method for the first time. This technique could not only efficiently introduce electron-acceptor nitrogen to enhance capacitance, but also remain a conductive platform-the π-π conjugated carbon plane for charge transportation. PPy-G based aligned nanofibers were subsequently fabricated for guided growth and electrical stimulation (ES) of RGCs. Significantly enhanced viability, neurite outgrowth and antiaging ability of RGCs were observed after ES, suggesting possibilities for regeneration of optic nerve via ES on the suitable nanoelectrodes.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Shape-based features for cat ganglion retinal cells classification

This article presents a quantitative and objective approach to cat ganglion cell characterization and classification. The combination of several biologically relevant features such as diameter, eccentricity, fractal dimension, influence histogram, influence area, convex hull area, and convex hull diameter are derived from geometrical transforms and then processed by three different clustering methods (Ward's hierarchical scheme, K-means and genetic algorithm), whose results are then combined by a voting strategy. These experiments indicate the superiority of some features and also suggest some possible biological implications.

LIF promotes neurogenesis and maintains neural precursors in cell populations derived from spiral ganglion stem cells

BACKGROUND: Stem cells with the ability to form clonal floating colonies (spheres) were recently isolated from the neonatal murine spiral ganglion. To further examine the features of inner ear-derived neural stem cells and their derivatives, we investigated the effects of leukemia inhibitory factor (LIF), a neurokine that has been shown to promote self-renewal of other neural stem cells and to affect neural and glial cell differentiation. RESULTS: LIF-treatment led to a dose-dependent increase of the number of neurons and glial cells in cultures of sphere-derived cells. Based on the detection of developmental and progenitor cell markers that are maintained in LIF-treated cultures and the increase of cycling nestin-positive progenitors, we propose that LIF maintains a pool of neural progenitor cells. We further provide evidence that LIF increases the number of nestin-positive progenitor cells directly in a cell cycle-independent fashion, which we interpret as an acceleration of neurogenesis in sphere-derived progenitors. This effect is further enhanced by an anti-apoptotic action of LIF. Finally, LIF and the neurotrophins BDNF and NT3 additively promote survival of stem cell-derived neurons. CONCLUSION: Our results implicate LIF as a powerful tool to control neural differentiation and maintenance of stem cell-derived murine spiral ganglion neuron precursors. This finding could be relevant in cell replacement studies with animal models featuring spiral ganglion neuron degeneration. The additive effect of the combination of LIF and BDNF/NT3 on stem cell-derived neuronal survival is similar to their effect on primary spiral ganglion neurons, which puts forward spiral ganglion-derived neurospheres as an in vitro model system to study aspects of auditory neuron development.

Identification and characterization of the egg-laying hormone from the neurosecretary bag cells of Aplysia

This investigation has resulted in the chemical identification and isolation of the egg-laying hormone from Aplysia californica, Aplysia vaccaria, and Aplysia dactylomela. The hormone, which was originally identified as the Bag Cell-Specific protein (BCS protein) on polyacrylamide gels, is a polypeptide of molecular weight ≈ 6000, which is localized in the neurosecretory bag cells of the parietovisceral ganglion and the surrounding connective tissue sheath which contains the bag cell axons. All three species produce a hormone of similar molecular weight, but varying electrophoretic mobility as determined on polyacrylamide gels. As tested, the hormone is completely cross-reactive among the three species.

Although the bag cells of sexually immature animals contain the active hormone, sexual maturation of the animal results in a 10-fold increase in the BCS protein content of these neurons.

A seasonal variation in the BCS protein content was also observed, with 150 times more hormone contained in the bag cells of Aplysia californica in August than in January. This correlates well with the variation in the animals' ability to lay eggs throughout the year (Strumwasser et al., 1969). There are some indications that the receptivity of the animal to the available hormone also fluctuates during the year, being lower in winter than in swmner. The seasonal rhythm of the other species, Aplysia vaccaria and Aplysia dactylomela, has not been investigated.

A polyacrylamide gel electrophoresis analysis of water-soluble proteins in Aplysia californica revealed several other nerve-specific proteins. One of these is also located in the bag cell somas and stains turquoise with Amido Schwarz. The function of this protein has not been investigated.

Differentiated adipose-derived stem cells act synergistically with RGD-modified surfaces to improve neurite outgrowth in a co-culture model.

Peripheral nerve damage is a problem encountered after trauma and during surgery and the development of synthetic polymer conduits may offer a promising alternative to autografts. In order to improve the performance of the polymer to be used for nerve conduits, poly-ε-caprolactone (PCL) films were chemically functionalized with RGD moieties, using a chemical reaction previously developed. In vitro cultures of dissociated dorsal root ganglion (DRG) neurons provide a valid model to study different factors affecting axonal growth. In this work, DRG neurons were cultured on RGD-functionalized PCL films. Adult adipose-derived stem cells differentiated to Schwann cells (dASCs) were initially cultured on the functionalized PCL films, resulting in improved attachment and proliferation. dASCs were also co-cultured with DRG neurons on treated and untreated PCL to assess stimulation by dASCs on neurite outgrowth. Neuron response was generally poor on untreated PCL films, but long neurites were observed in the presence of dASCs or RGD moieties. A combination of the two factors enhanced even further neurite outgrowth, acting synergistically. Finally, in order to better understand the extracellular matrix (ECM)-cell interaction, a β1 integrin blocking experiment was carried out. Neurite outgrowth was not affected by the specific antibody blocking, showing that β1 integrin function can be compensated by other molecules present on the cell membrane. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

Cyanocobalamin is a Superoxide Scavenger and Neuroprotectant in Neuronal Cells

Les dommages au nerf optique (neuropathie optique) peuvent entraîner la perte permanente de la vision ou la cécité causée par la mort des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR). Nous avons identifié qu’une surproduction de l'anion superoxyde constitue un événement moléculaire critique précédant la mort cellulaire induite par des lésions. Récemment, Suarez-Moreira et al (JACS 131:15078, 2009) ont démontré que la vitamine B12 peut capter l’anion superoxyde aussi efficacement que l’enzyme superoxyde dismutase. La carence en vitamine B12 peut conduire à une neuropathie optique causée par des mécanismes inconnus. Nous avons étudié la relation entre la captation de superoxyde par la cyanocobalamine (forme de vitamine B12 la plus abondante) et ses propriétés neuroprotectrices dans les cellules neuronales. La cyanocobalamine aux concentrations de 10 μM et 100 μM a réduit le taux de production de superoxyde respectivement par 34% et 79% dans les essais sans-cellule. Dans les cellules RGC-5 traités avec la ménadione, les concentrations de cyanocobalamine supérieures à 10 nM ont diminué l’anion superoxyde à des valeurs similaires à celles traitées par PEG-SOD. La cyanocobalamine aux concentrations de 100 μM et 1 μM a réduit la mort des cellules RGC-5 exposées à la ménadione par 20% et 32%, respectivement. Chez les rats avec section du nerf optique unilatérale, une dose intravitréenne de 667 μM de cyanocobalamine a réduit le nombre de CGRs exposées au superoxyde. Cette dose a également augmenté le taux de survie des CGRs comparativement aux rats injectés avec la solution témoin. Ces données suggèrent que la vitamine B12 peut être un neuroprotecteur important, et sa carence nutritionnelle pourrait causer la mort de CGRs. La vitamine B12 pourrait aussi potentiellement être utilisée comme une thérapie pour ralentir la progression de la mort CGR chez les patients avec les neuropathies optiques caractérisés par une surproduction de superoxyde.

Diabetes mellitus-related morphoquantitative changes in the celiac ganglion neurons of the dog

Diabetes mellitus is the most common endocrine disturbance of domestic carnivores and can cause autonomic neurological disorders, although these are still poorly understood in veterinary medicine. There is little information available on the quantitative adaptation mechanisms of the sympathetic ganglia during diabetes mellitus in domestic mammals. By combining morphometric methods and NADPH-diaphorase staining (as a possible marker for nitric oxide producing neurons), type I diabetes mellitus-related morphoquantitative changes were investigated in the celiac ganglion neurons in dogs. Twelve left celiac ganglia from adult female German shepherd dogs were examined: six ganglia were from non-diabetic and six from diabetic subjects. Consistent hypertrophy of the ganglia was noted in diabetic animals with increase of 55% in length, 53% in width, and 61.5% in thickness. The ordinary microstructure of the ganglia was modified leading to an uneven distribution of the ganglionic units and a more evident distribution of axon fascicles. In contrast to non-diabetic dogs, there was a lack of NADPH-diaphorase perikarial labelling in the celiac ganglion neurons of diabetic animals. The morphometric study showed that both the neuronal and nuclear sizes were significantly larger in diabetic dogs (1.3 and 1.39 times, respectively). The profile density and area fraction of NADPH-diaphorase-reactive celiac ganglion neurons were significantly larger (1.35 and 1.48 times, respectively) in non-diabetic dogs compared to NADPH-diaphorase-non-reactive celiac ganglion neurons in diabetic dogs. Although this study suggests that diabetic neuropathy is associated with neuronal hypertrophy, controversy remains over the possibility of ongoing neuronal loss and the functional interrelationship between them. It is unclear whether neuronal hypertrophy could be a compensation mechanism for a putative neuronal loss during the diabetes mellitus. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Differential expression of ATP7A, ATP7B and CTR1 in adult rat dorsal root ganglion tissue

Background: ATP7A, ATP7B and CTR1 are metal transporting proteins that control the cellular disposition of copper and platinum drugs, but their expression in dorsal root ganglion (DRG) tissue and their role in platinum-induced neurotoxicity are unknown. To investigate the DRG expression of ATP7A, ATP7B and CTR1, lumbar DRG and reference tissues were collected for real time quantitative PCR, RT-PCR, immunohistochemistry and Western blot analysis from healthy control adult rats or from animals treated with intraperitoneal oxaliplatin (1.85 mg/kg) or drug vehicle twice weekly for 8 weeks.
Results: In DRG tissue from healthy control animals, ATP7A mRNA was clearly detectable at levels similar to those found in the brain and spinal cord, and intense ATP7A immunoreactivity was localised to the cytoplasm of cell bodies of smaller DRG neurons without staining of satellite cells, nerve fibres or co-localisation with phosphorylated heavy neurofilament subunit (pNF-H). High levels of CTR1 mRNA were detected in all tissues from healthy control animals, and strong CTR1 immunoreactivity was associated with plasma membranes and vesicular cytoplasmic structures of the cell bodies of larger-sized DRG neurons without co-localization with ATP7A. DRG neurons with strong expression of ATP7A or CTR1 had distinct cell body size profiles with minimal overlap between them. Oxaliplatin treatment did not alter the size profile of strongly ATP7A-immunoreactive neurons but significantly reduced the size profile of strongly CTR1-immunoreactive neurons. ATP7B mRNA was barely detectable, and no specific immunoreactivity for ATP7B was found, in DRG tissue from healthy control animals.
Conclusions: In conclusion, adult rat DRG tissue exhibits a specific pattern of expression of copper transporters with distinct subsets of peripheral sensory neurons intensely expressing either ATP7A or CTR1, but not both or ATP7B. The neuron subtype-specific and largely non-overlapping distribution of ATP7A and CTR1 within rat DRG tissue may be required to support the potentially differing cuproenzyme requirements of distinct subsets of sensory neurons, and could influence the transport and neurotoxicity of oxaliplatin.