Regulation of nonphosphorylated and phosphorylated forms of neurofilament proteins in the prefrontal cortex of human opioid addicts.

The neurofilament (NF) proteins (NF-H, NF-M, and NF-L for high, medium, and low molecular weights) play a crucial role in the organization of neuronal shape and function. In a preliminary study, the abundance of total NF-L was shown to be decreased in brains of opioid addicts. Because of the potential relevance of NF abnormalities in opioid addiction, we quantitated nonphosphorylated and phosphorylated NF in postmortem brains from 12 well-defined opioid abusers who had died of an opiate overdose (heroin or methadone). Levels of NF were assessed by immunoblotting techniques using phospho-independent and phospho-dependent antibodies, and the relative (% changes in immunoreactivity) and absolute (changes in ng NF/microg total protein) amounts of NF were calculated. Decreased levels of nonphosphorylated NF-H (42-32%), NF-M (14-9%) and NF-L (30-29%) were found in the prefrontal cortex of opioid addicts compared with sex, age, and postmortem delay-matched controls. In contrast, increased levels of phosphorylated NF-H (58-41%) and NF-M (56-28%) were found in the same brains of opioid addicts. The ratio of phosphorylated to nonphosphorylated NF-H in opioid addicts (3.4) was greater than that in control subjects (1.6). In the same brains of opioid addicts, the levels of protein phosphatase of the type 2A were found unchanged, which indicated that the hyperphosphorylation of NF-H is not the result of a reduced dephosphorylation process. The immunodensities of GFAP (the specific glial cytoskeletol protein), alpha-internexin (a neuronal filament related to NF-L) and synaptophysin (a synapse-specific protein) were found unchanged, suggesting a lack of gross changes in glial reaction, other intermediate filaments of the neuronal cytoskeletol, and synaptic density in the prefrontal cortex of opioid addicts. These marked reductions in total NF proteins and the aberrant hyperphosphorylation of NF-H in brains of opioid addicts may play a significant role in the cellular mechanisms of opioid addiction.

La stratégie thérapeutique anti-VEGF améliore le pronostic visuel de la dégénérescence maculaire liée à l'âge exsudative [Intravitreal anti-VEGF injections improve the visual prognosis of wet age related macular degeneration].

Age related macular degeneration (AMD) is an ocular disease with high prevalence among elderly persons. Two different forms exist: dry AMD, usually slowly progressive, and neovascular AMD (wet form) more aggressive. Photodynamic therapy is used to treat the wet form and anti VEGF treatments recently became available and offer a real change in the prognostic of wet AMD. Two products are registered and used in Switzerland (Macugen and Lucentis), a third "off labels product", Avastin is also currently used in clinical practice. Nevertheless, both the duration of treatment and the number of injection requested to stabilise the disease were not defined in the studies. Ongoing studies are mainly evaluating combined treatments and long acting form of the drug.

Interhemispheric visual integration in humans explored by multimodal brain imaging

Résumé: Les récents progrès techniques de l'imagerie cérébrale non invasives ont permis d'améliorer la compréhension des différents systèmes fonctionnels cérébraux. Les approches multimodales sont devenues indispensables en recherche, afin d'étudier dans sa globalité les différentes caractéristiques de l'activité neuronale qui sont à la base du fonctionnement cérébral. Dans cette étude combinée d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et d'électroencéphalographie (EEG), nous avons exploité le potentiel de chacune d'elles, soit respectivement la résolution spatiale et temporelle élevée. Les processus cognitifs, de perception et de mouvement nécessitent le recrutement d'ensembles neuronaux. Dans la première partie de cette thèse nous étudions, grâce à la combinaison des techniques IRMf et EEG, la réponse des aires visuelles lors d'une stimulation qui demande le regroupement d'éléments cohérents appartenant aux deux hémi-champs visuels pour en faire une seule image. Nous utilisons une mesure de synchronisation (EEG de cohérence) comme quantification de l'intégration spatiale inter-hémisphérique et la réponse BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) pour évaluer l'activité cérébrale qui en résulte. L'augmentation de la cohérence de l'EEG dans la bande beta-gamma mesurée au niveau des électrodes occipitales et sa corrélation linéaire avec la réponse BOLD dans les aires de VP/V4, reflète et visualise un ensemble neuronal synchronisé qui est vraisemblablement impliqué dans le regroupement spatial visuel. Ces résultats nous ont permis d'étendre la recherche à l'étude de l'impact que le contenu en fréquence des stimuli a sur la synchronisation. Avec la même approche, nous avons donc identifié les réseaux qui montrent une sensibilité différente à l'intégration des caractéristiques globales ou détaillées des images. En particulier, les données montrent que l'implication des réseaux visuels ventral et dorsal est modulée par le contenu en fréquence des stimuli. Dans la deuxième partie nous avons a testé l'hypothèse que l'augmentation de l'activité cérébrale pendant le processus de regroupement inter-hémisphérique dépend de l'activité des axones calleux qui relient les aires visuelles. Comme le Corps Calleux présente une maturation progressive pendant les deux premières décennies, nous avons analysé le développement de la fonction d'intégration spatiale chez des enfants âgés de 7 à 13 ans et le rôle de la myelinisation des fibres calleuses dans la maturation de l'activité visuelle. Nous avons combiné l'IRMf et la technique de MTI (Magnetization Transfer Imaging) afin de suivre les signes de maturation cérébrale respectivement sous l'aspect fonctionnel et morphologique (myelinisation). Chez lés enfants, les activations associées au processus d'intégration entre les hémi-champs visuels sont, comme chez l'adulte, localisées dans le réseau ventral mais se limitent à une zone plus restreinte. La forte corrélation que le signal BOLD montre avec la myelinisation des fibres du splenium est le signe de la dépendance entre la maturation des fonctions visuelles de haut niveau et celle des connections cortico-corticales. Abstract: Recent advances in non-invasive brain imaging allow the visualization of the different aspects of complex brain dynamics. The approaches based on a combination of imaging techniques facilitate the investigation and the link of multiple aspects of information processing. They are getting a leading tool for understanding the neural basis of various brain functions. Perception, motion, and cognition involve the formation of cooperative neuronal assemblies distributed over the cerebral cortex. In this research, we explore the characteristics of interhemispheric assemblies in the visual brain by taking advantage of the complementary characteristics provided by EEG (electroencephalography) and fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) techniques. These are the high temporal resolution for EEG and high spatial resolution for fMRI. In the first part of this thesis we investigate the response of the visual areas to the interhemispheric perceptual grouping task. We use EEG coherence as a measure of synchronization and BOLD (Blood Oxygenar tion Level Dependent) response as a measure of the related brain activation. The increase of the interhemispheric EEG coherence restricted to the occipital electrodes and to the EEG beta band and its linear relation to the BOLD responses in VP/V4 area points to a trans-hemispheric synchronous neuronal assembly involved in early perceptual grouping. This result encouraged us to explore the formation of synchronous trans-hemispheric networks induced by the stimuli of various spatial frequencies with this multimodal approach. We have found the involvement of ventral and medio-dorsal visual networks modulated by the spatial frequency content of the stimulus. Thus, based on the combination of EEG coherence and fMRI BOLD data, we have identified visual networks with different sensitivity to integrating low vs. high spatial frequencies. In the second part of this work we test the hypothesis that the increase of brain activity during perceptual grouping depends on the activity of callosal axons interconnecting the visual areas that are involved. To this end, in children of 7-13 years, we investigated functional (functional activation with fMRI) and morphological (myelination of the corpus callosum with Magnetization Transfer Imaging (MTI)) aspects of spatial integration. In children, the activation associated with the spatial integration across visual fields was localized in visual ventral stream and limited to a part of the area activated in adults. The strong correlation between individual BOLD responses in .this area and the myelination of the splenial system of fibers points to myelination as a significant factor in the development of the spatial integration ability.

The contributions of sensory dominance and attentional bias to cross-modal enhancement of visual cortex excitability.

Approaching or looming sounds (L-sounds) have been shown to selectively increase visual cortex excitability [Romei, V., Murray, M. M., Cappe, C., & Thut, G. Preperceptual and stimulus-selective enhancement of low-level human visual cortex excitability by sounds. Current Biology, 19, 1799-1805, 2009]. These cross-modal effects start at an early, preperceptual stage of sound processing and persist with increasing sound duration. Here, we identified individual factors contributing to cross-modal effects on visual cortex excitability and studied the persistence of effects after sound offset. To this end, we probed the impact of different L-sound velocities on phosphene perception postsound as a function of individual auditory versus visual preference/dominance using single-pulse TMS over the occipital pole. We found that the boosting of phosphene perception by L-sounds continued for several tens of milliseconds after the end of the L-sound and was temporally sensitive to different L-sound profiles (velocities). In addition, we found that this depended on an individual's preferred sensory modality (auditory vs. visual) as determined through a divided attention task (attentional preference), but not on their simple threshold detection level per sensory modality. Whereas individuals with "visual preference" showed enhanced phosphene perception irrespective of L-sound velocity, those with "auditory preference" showed differential peaks in phosphene perception whose delays after sound-offset followed the different L-sound velocity profiles. These novel findings suggest that looming signals modulate visual cortex excitability beyond sound duration possibly to support prompt identification and reaction to potentially dangerous approaching objects. The observed interindividual differences favor the idea that unlike early effects this late L-sound impact on visual cortex excitability is influenced by cross-modal attentional mechanisms rather than low-level sensory processes.

Nurture versus nature: long-term impact of forced right-handedness on structure of pericentral cortex and basal ganglia.

Does a conflict between inborn motor preferences and educational standards during childhood impact the structure of the adult human brain? To examine this issue, we acquired high-resolution T1-weighted magnetic resonance scans of the whole brain in adult "converted" left-handers who had been forced as children to become dextral writers. Analysis of sulcal surfaces revealed that consistent right- and left-handers showed an interhemispheric asymmetry in the surface area of the central sulcus with a greater surface contralateral to the dominant hand. This pattern was reversed in the converted group who showed a larger surface of the central sulcus in their left, nondominant hemisphere, indicating plasticity of the primary sensorimotor cortex caused by forced use of the nondominant hand. Voxel-based morphometry showed a reduction of gray matter volume in the middle part of the left putamen in converted left-handers relative to both consistently handed groups. A similar trend was found in the right putamen. Converted subjects with at least one left-handed first-degree relative showed a correlation between the acquired right-hand advantage for writing and the structural changes in putamen and pericentral cortex. Our results show that a specific environmental challenge during childhood can shape the macroscopic structure of the human basal ganglia. The smaller than normal putaminal volume differs markedly from previously reported enlargement of cortical gray matter associated with skill acquisition. This indicates a differential response of the basal ganglia to early environmental challenges, possibly related to processes of pruning during motor development.

Calbindin D-28K and parvalbumin immunoreactivity in the frontal cortex in patients with frontal lobe dementia of non-Alzheimer type associated with amyotrophic lateral sclerosis

The morphology and distribution of local-circuit neurons (interneurons) were examined, by calbindin D-28k and parvalbumin immunocytochemistry, in the frontal cortex (area 8) in two patients with frontal lobe dementia of non-Alzheimer type associated with classical amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and in seven normal cases. The density of calbindin D-28k immunoreactive cells was dramatically reduced in ALS patients, but the density of parvalbumin-immunoreactive neurons was preserved. Decreased density of calbindin D-28k-immunoreactive neurons, which are mainly located in the upper cortical layers, may interfere with the normal processing of cortico-cortical connections, whereas integrity of parvalbumin-immunoreactive cells may be associated with the preservation of the major inhibitory intracortical circuits in patients with frontal lobe dementia.

Qualitative and quantitative analysis of thalamo-cortical axons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice

Résumé Les rongeurs utilisent leurs moustaches (vibrisses) pour explorer le milieu environnant. Chaque moustache est mue par un système des muscles. Les récepteurs situés à sa base transmettent les informations au système nerveux central. La transmission vers l'écorce se fait via trois neurones de relais qui se trouvent au niveau du ganglion trigéminé, du tronc cérébral et du thalamus. La représentation corticale d'une vibrisse est une concentration des axones thalamo-corticaux (ATC) autour desquelles s'organisent leurs cibles, les cellules de la couche IV. La structure peut être identifiée histologiquement en coupes tangentielles et porte le nom de « barrel » (« tonneau »). Cette correspondance vibrisse - barrel fait de ce système un model idéal pour étudier l'influence de l'activité périphérique sur l'établissement et le maintien des cartes somatotopiques. Notre laboratoire dispose d'une souche de souris qui a subi une mutation spontanée pour le gène codant l'adenylyl cyclase I (ACI). Cette enzyme membranaire catalyse la formation de l'AMPc et joue un rôle important dans le guidage axonal, la libération des neurotransmetteurs et l'intégration des signaux postsynaptiques. Nous avons démontré dans un premier temps que cette souris adulte ne développe pas de barrels. Cela est dû à un manque d'organisation des ATC et aussi des cellules de la couche IV. De plus, les résultats électrophysiologiques montrent que les informations venant des vibrisses adjacentes ne sont pas intégrées d'une manière normale. Dans ce travail de thèse, j'ai analysé la morphologie des ATC révélés individuellement avec de la biocytine. L'analyse quantitative des ATC a mis en évidence les points suivants: 1. Les axones de la souris normale (NOR) quittent le thalamus, traversent la capsule interne et la substance blanche sous-corticale et pénètrent dans le cortex somato-sensoriel primaire. A l'intérieur de l'écorce ils traversent au maximum 3 colonnes corticales adjacentes dont une contient le barrel cible. En passant à travers les couches VI et V, ces axones arborisent et convergent progressivement vers le barrel dans lequel ils forment une riche arborisation. Un petit nombre des branches « errantes », pleines de boutons synaptiques, pénètrent dans les barrels voisins. Deux axones NOR provenant de corps cellulaires très proches dans le thalamus peuvent avoir un cheminement très divergent lors de la traversée de la capsule interne et de la substance blanche sous-corticale mais, à leur entrée dans le cortex, ils sont distants d'au maximum 2 colonnes corticales de la colonne qui contient le barrel cible et ils convergent progressivement vers ce barrel. 2. Les axones de la souris mutante (BRL) ont le même trajet sous-cortical que les axones NOR, mais leur entrée dans le cortex somato-sensoriel primaire est aléatoire. A l'interface entre la substance blanche sous-corticale et le cortex, l'axone principal se divise rapidement en troncs axonaux qui traversent les couches VI et V d'une manière divergente pour arriver dans la couche IV. Cela contraste beaucoup avec la trajectoire des NOR qui convergent graduellement vers leur barrel cible. Le nombre de branches radiales que les axones BRL utilisent pour entrer dans le cortex et dans la couche IV est double par rapport aux axones NOR. Parmi ces branches, seules quelques-unes donnent des arborisations, les autres ne sont pas développées et leur morphologie est semblable à celle des branches formées par les axones de la souris normale lors du développement. Deux axones BRL issus de corps cellulaires proches dans le thalamus peuvent avoir une trajectoire très divergente jusqu'à leur entrée dans la couche IV, mais à ce niveau ils sont réorientés pour se retrouver et faire un nombre maximal de branches et boutons synaptiques dans la même région corticale. Dans un cas extrême, un des axones observés est entré dans le cortex à la limite entre l'aire somatosensorielle primaire et secondaire et a parcouru une distance de 2 mm pour retrouver son partenaire thalamique et donner avec celui-ci un nombre maximal de branches dans la même région de la couche IV. 3. Les mesures quantitatives ont montré que les arborisations corticales des axones NOR ont une longueur moyenne de 18mm et sont formées par 200 segments qui portent 1200 boutons synaptiques. Par rapport à la souris NOR, les axones BRL ont en moyenne la même longueur, le même nombre de segments et boutons synaptiques, mais donnent deux fois plus de branches radiales. La surface tangentielle occupée par les arborisations BRL dans la couche IV est 2 fois plus grande que celle des NOR. Cela signifie que les 1000 boutons synaptiques qui caractérisent les arborisations NOR et BRL dans la couche IV sont disséminés sur une surface tangentielle double chez les derniers, et donc que la densité des boutons par unité de surface corticale est en moyenne plus faible. En effet, l'augmentation de la surface corticale tangentielle des BRL est due aux surfaces de faible et moyenne densité synaptique (0 - 8 boutons / 400pn2) qui augmentent 2 fois tandis que les surfaces de haute densité synaptiques (8 - 64 boutons / 4001.tm2) sont les mêmes. Nous émettons l'hypothèse selon laquelle, durant le développement, les ATC de la souris BRL divergent et forment un nombre exubérant de branches. Grâce à cette divergence et aux branches supranuméraires, ils trouvent l'endroit de l'écorce où se trouvent leurs voisins thalamiques et arborisent abondamment dans cette région. Cependant, le déficit en AGI ne leurs permet pas par la suite, sous influence de l'activité périphérique, de retirer les branches qui se trouvent dans les endroits inappropriés de l'écorce, avec de possibles conséquences sur la discrimination tactile.

Changes in volume, surface estimate, three-dimensional shape and total number of neurons of the human primary visual cortex from midgestation until old age.

Macroscopic features such as volume, surface estimate, thickness and caudorostral length of the human primary visual cortex (Brodman's area 17) of 46 human brains between midgestation and 93 years were studied by means of camera lucida drawings from serial frontal sections. Individual values were best fitted by a logistic function from midgestation to adulthood and by a regression line between adulthood and old age. Allometric functions were calculated to study developmental relationships between all the features. The three-dimensional shape of area 17 was also reconstructed from the serial sections in 15 cases and correlated with the sequence of morphological events. The sulcal pattern of area 17 begins to develop around 21 weeks of gestation but remains rather simple until birth, while it becomes more convoluted, particularly in the caudal part, during the postnatal period. Until birth, a large increase in cortical thickness (about 83% of its mean adult value) and caudorostral length (69%) produces a moderate increase in cortical volume (31%) and surface estimate (40%) of area 17. After birth, the cortical volume and surface undergo their maximum growth rate, in spite of a rather small increase in cortical thickness and caudorostral length. This is due to the development of the pattern of gyrification within and around the calcarine fissure. All macroscopic features have reached the mean adult value by the end of the first postnatal year. With aging, the only features to undergo significant regression are the cortical surface estimate and the caudorostral length. The total number of neurons in area 17 shows great interindividual variability at all ages. No decrease in the postnatal period or in aging could be demonstrated.

Contributions of pitch and bandwidth to sound-induced enhancement of visual cortex excitability in humans.

Multisensory interactions have been documented within low-level, even primary, cortices and at early post-stimulus latencies. These effects are in turn linked to behavioral and perceptual modulations. In humans, visual cortex excitability, as measured by transcranial magnetic stimulation (TMS) induced phosphenes, can be reliably enhanced by the co-presentation of sounds. This enhancement occurs at pre-perceptual stages and is selective for different types of complex sounds. However, the source(s) of auditory inputs effectuating these excitability changes in primary visual cortex remain disputed. The present study sought to determine if direct connections between low-level auditory cortices and primary visual cortex are mediating these kinds of effects by varying the pitch and bandwidth of the sounds co-presented with single-pulse TMS over the occipital pole. Our results from 10 healthy young adults indicate that both the central frequency and bandwidth of a sound independently affect the excitability of visual cortex during processing stages as early as 30 msec post-sound onset. Such findings are consistent with direct connections mediating early-latency, low-level multisensory interactions within visual cortices.

Synapse formation in adult barrel cortex following naturalistic environmental enrichment.

Environmental enrichment paradigms in adult laboratory animals, consisting of physical, perceptual, and social stimulation, have been shown to affect synapse and cell morphology in sensory cortex and enhance learning ability, whereas enrichment, which is in harmony with the animal's natural habitat may have even greater implications for plasticity. Previous studies in our laboratory have shown that whisker stimulation induced the formation of synapses and spines in the corresponding barrel. In the present study adult C57/Bl6J female laboratory mice at 6 weeks of age were placed during 2 months in a protected enrichment enclosure in a forest clearing at the Chisti Les Biological Station, Tvier, Russia. We analyzed neuropil ultrastructure in the C2 barrel using serial-section electron microscopy on a total of eight mice (n=4 enriched, n=4 standard cagemate controls). Quantitative analyses of volumes of neuropil showed a significant increase in excitatory and inhibitory synapses on spines and excitatory synapses on dendritic shafts in the C2 barrel in the enriched group compared with standard cagemate controls. These results demonstrate that naturalistic experience alters the synaptic circuitry in layer IV of the somatosensory cortex, the first cortical relay of sensory information, leaving a lasting trace that may guide subsequent behavior.

Tuning In to Sound: Frequency-Selective Attentional Filter in Human Primary Auditory Cortex.

Cocktail parties, busy streets, and other noisy environments pose a difficult challenge to the auditory system: how to focus attention on selected sounds while ignoring others? Neurons of primary auditory cortex, many of which are sharply tuned to sound frequency, could help solve this problem by filtering selected sound information based on frequency-content. To investigate whether this occurs, we used high-resolution fMRI at 7 tesla to map the fine-scale frequency-tuning (1.5 mm isotropic resolution) of primary auditory areas A1 and R in six human participants. Then, in a selective attention experiment, participants heard low (250 Hz)- and high (4000 Hz)-frequency streams of tones presented at the same time (dual-stream) and were instructed to focus attention onto one stream versus the other, switching back and forth every 30 s. Attention to low-frequency tones enhanced neural responses within low-frequency-tuned voxels relative to high, and when attention switched the pattern quickly reversed. Thus, like a radio, human primary auditory cortex is able to tune into attended frequency channels and can switch channels on demand.

Chronic low-frequency rTMS of primary motor cortex diminishes exercise training-induced gains in maximal voluntary force in humans.

Although there is consensus that the central nervous system mediates the increases in maximal voluntary force (maximal voluntary contraction, MVC) produced by resistance exercise, the involvement of the primary motor cortex (M1) in these processes remains controversial. We hypothesized that 1-Hz repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) of M1 during resistance training would diminish strength gains. Forty subjects were divided equally into five groups. Subjects voluntarily (Vol) abducted the first dorsal interosseus (FDI) (5 bouts x 10 repetitions, 10 sessions, 4 wk) at 70-80% MVC. Another group also exercised but in the 1-min-long interbout rest intervals they received rTMS [Vol+rTMS, 1 Hz, FDI motor area, 300 pulses/session, 120% of the resting motor threshold (rMT)]. The third group also exercised and received sham rTMS (Vol+Sham). The fourth group received only rTMS (rTMS_only). The 37.5% and 33.3% gains in MVC in Vol and Vol+Sham groups, respectively, were greater (P = 0.001) than the 18.9% gain in Vol+rTMS, 1.9% in rTMS_only, and 2.6% in unexercised control subjects who received no stimulation. Acutely, within sessions 5 and 10, single-pulse TMS revealed that motor-evoked potential size and recruitment curve slopes were reduced in Vol+rTMS and rTMS_only groups and accumulated to chronic reductions by session 10. There were no changes in rMT, maximum compound action potential amplitude (M(max)), and peripherally evoked twitch forces in the trained FDI and the untrained abductor digiti minimi. Although contributions from spinal sources cannot be excluded, the data suggest that M1 may play a role in mediating neural adaptations to strength training.

Experience-dependent plasticity in the mouse barrel cortex

Abstract : Host-Cell Factor 1 (HCF-1) was first discovered in the study of the herpes simplex virus (HSV) infection. HCF-1 is one of the two cellular proteins that compose the VP16-induced complex, a key activator of HSV lytic infection. lncleed, when HSV infects human cells, it is able to enter two modes of infection: lytic or latent. The V`P16-induced complex promotes the lytic mode and in so doing the virus targets important cellular regulatory proteins, such as HCF-1, to manipulate the status of the infected cell. Indeed, HCF-1 regulates human cell proliferation and the cell cycle at different steps. In human, HCF-1 is unusual in that it undergoes a process of proteolytic maturation that results from cleavages at six centrally located 26 amino acid repeats called HCF-1pro repeats. This generates a heterodimeric complex of stably associated amino- (HCF-1n) and carboxy- (HCF-1c) terminal subunits. The absence of the HCF-1 N or HCF-1; subunit leads predominantly to either G1 or M phase defects, respectively. We have hypothesized that HCF-1 forms a heterodimeric complex to permit communication between the two subunits of HCF-1 involved in regulating different phases of the cell cycle. Indeed, there is evidence for such inter-subunit communication because a point mutation called P134S in the HCF-1N subunit in the temperature-sensitive hamster cell line tsBN67 causes, addition to G1- phase defects associated with the HCF-1n subunit, M-phase defects similar to the defects seen upon loss of HCF-1 function. Furthermore, inhibition of the proteolytic maturation of HCF-1 by deletion of the six HCF-1pro repeats (HCF-1Aimo) also leads to M-phase defects, specifically cytokinesis defects leading to binucleation, indicating that there is loss of HCF-15 function in the absence of HCF-1 maturation. I demonstrate that individual point mutations in each of the six HCF-1pro repeats that prevent HCF-1 proteolytic maturation also lead to binucleation; however, this defect can be latgely rescued by the presence of just one HCF-1pRO sequence in I-ICF»1. These results argue that processing itself is important for the HCF-1g function. In fact, until now, the hypothesis was that the proteolytic processing per se is more important for HCF-1C function than the proteolytic processing region. But I show that processing per se is not sufticient to rescue multinucleation, but that the HCF-lpm sequence itself is crucial. This discovery leads to the conclusion that the I-ICF-1pRO repeats have an additional function important for HCF-le function. From the studies of others, one potential function of the HCF-lrxo tepeats is as a binding site for O-link NAcetyl glycosamine tansferase (OGT) to glycosylate an HCF-1n-sunbunit region called the Basic region. This new function suggests the Basic region of HCF-1n is also implicated in the communication between the two subunits. This inter-subunit communication was analyzed in more detail with the studies of the Pl34S mutation and the residues 382-450 region of HCF-l that when removed prevents HCF-l subunit association. I demonstrate that the point mutation also leads to a binucleation defect in Hela cells as well as in the tsBN67 cells. In addition, the effect of this mutation on the regulation of HCF-1c activity seems to interfere with that of the HCF-lpgg repeats because the sum of the deletion of the proteolytic processing region and the point mutation surprisingly leads to re-establishment of correct cytokinesis. The study of the 382-450 HCF-lN region also yielded surprising results. This region important for the association of the two subunits is also important for both HCF-1c function in M phase and G1 phase progression. Thus, I have discovered two main functions of this region: its role in the regulation of HCF-lc function in M phase and its involvement in the regulation of G1/S phase ?- an HCF-1n function. These results support the importance of inter-subunit communication in HCF-1 functions. My research illuminates the understanding of the interaction of the two subunits by showing that the whole HCF-1n subunit is involved in the inter-subunit communication in order to regulate HCF-1c function. For this work, I was concentrated on the study of cytokinesis; the first phenotype showing the role of HCF-1c in the M phase. Then, I extended the study of the M phase with analysis of steps earlier to cytokinesis. Because some defects in the chromosome segregation was already described in the absence of HCF-1, I decided to continue the study of M phase by checking effects on the chromosome segregation. I showed that the HCF-1n subunit and HCF-1pro repeats are both important for this key step of M phase. I show that the binucleation phenotype resulting from deletion or mutation in HCF-1pro repeats, Pl34S point mutation or the lack of the region 382-450 are correlated with micronuclei, and chromosome segregation and alignment defects. This suggests that HCF«lç already regulates M phase during an early step and could be involved in the complex regulation of chromosome segregation. Because one of the major roles of HCF-1 is to be a transcription regulator, I also checked the capacity of HCF-1 to bind to the chromatin in my different cell lines. All my recombinant proteins can bind the chromatin, except for, as previously described, the HCF-1 with the P134S point mutation, This suggests that the binding of HCF-1 to the chromatin is not dependant to the Basic and proteolytic regions but more to the Kelch domain. Thus, if the function of HCF-ig in M phase is dependant to its chromatin association, the intercommunication and the proteolytic region are not involved in the ability to bind to the chromatin but more to bind to the right place of the chromatin or to be associated with the co-factors. Résumé : L'étude de l'infection par le virus Herpes Simplex (HSV) a permis la découverte de la protéine HCF-1 (Host-Cell Factor). HCF-1 est une des protéines cellulaires qui font partie du complexe induit par VP16 ; ce complexe est la clef pour l'activation de la phase lytique de HSV. Afin de manipuler les cellules infectées, le complexe induit pas le VPIG devrait donc cibler les protéines importantes pour la régulation cellulaire, telles que la protéine HCF-1. Cette dernière s'avère donc être un senseur pour la cellule et devrait également jouer un rôle de régulation lors des différentes phases du cycle cellulaire. Chez l'humain, HCF-1 a la particularité de devoir passer par une phase de maturation pour devenir active. Lors de cette maturation, la protéine subit une coupure protéolytique au niveau de six répétitions composées de 26 acides aminés, appelé HCF-1pro repeats. Cette coupure engendre la formation d'un complexe formé de deux sous-unités, HCF-1n et HCF-1c, associées l'une à l'autre de façon stable. Enlever la sous-unité HCF-IN ou C entraîne respectivement des défauts dans la phase G1 et M. Nous pensons donc que HCF-1 forme un complexe hétérodimérique afin de permettre la communication entre les molécules impliquées dans la régulation des différentes phases du cycle cellulaire. Cette hypothèse est déduite suite à deux études: l'une réalisée sur la lignée cellulaire tsBN67 et l'autre portant sur l'inhibition de la maturation protéolytique. La lignée cellulaire tsBN67, sensible à la température, porte la mutation Pl 345 dans la sous-unité HCF-1n. Cette mutation, en plus d'occasionner des défauts dans la phase G1 (défauts liés à la sous-unité HCF-1N), a aussi pour conséquence d'entrainer des défauts dans la phase M, défauts similaires à ceux dus a la perte de la sous-unité HCF-1c. Quant à la maturation protéolytique, l'absence de la région de la protéolyse provoque la binucléation, défaut lié à la cytokinèse, indiquant la perte de la fonction de la sous-unité HCF-1c. Au cours de ma thèse, j'ai démontré que des mutations dans les HCF-1=no repeats, qui bloquent la protéolyse, engendrent la binucléation ; cependant ce défaut peut être corrigé pas l'ajout d'un HCF-1pro repeat dans un HCF-1 ne contenant pas la région protéolytique. Ces résultats soutiennent l'idée que la région protéolytique est importante pour le bon fonctionnement de HCF-1c. En réalité jusqu'a maintenant on supposait que le mécanisme de coupure était plus important que la région impliquée pour la régulation de la fonction de HCF-1;. Mais mon étude montre que la protéolyse n'est pas suffisante pour éviter la binucléation ; en effet, les HCF-1pro repeats semblent jouer le rôle essentiel dans le cycle cellulaire. Cette découverte conduit à la conclusion que les HCF-1pro repeats ont sûrement une fonction autre qui serait cruciale pour la foncton de HCF-1c. Une des fonctions possibles est d'être le site de liaison de l'O-linked N-acetylglucosamine transférase (OGT) qui glycosylerait la région Basique de HCF-1n. Cette nouvelle fonction suggère que la région Basique est aussi impliquée dans la communication entre les deux sous- unités. L'intercommunication entre les deux sous-unités ai été d'ailleurs analysée plus en détail dans mon travail à travers l'étude de la mutation Pl34S et de la région 382-450, essentielle pour l'association des deux sous»unités. J'ai ainsi démontré que la mutation P134S entraînait aussi des défauts dans la cytokinése dans la lignée cellulaire Hela, de plus, son influence sur HCF-1c semble interférer avec celle de la région protéolytique. En effet, la superposition de ces deux modifications dans HCF-1 conduit au rétablissement d'une cytokinése correcte. Concernant la région 382 à 450, les résultats ont été assez surprenants, la perte de cette région provoque l'arrêt du cycle en G1 et la binucléation, ce qui tend à prouver son importance pour le bon fonctionnement de HCF-1n et de HCF-1c. Cette découverte appuie par conséquent l'hypotl1èse d'une intercommunicatzion entre les deux sous-unités mettant en jeu les différentes régions de HCF-1n. Grâce à mes recherches, j'ai pu améliorer la compréhension de l'interaction des deux sous-unités de HCF-1 en montrant que toutes les régions de HCF-1n sont engagées dans un processus d'intercommunication, dont le but est de réguler l'action de HCF-1c. J'ai également mis en évidence une nouvelle étape de la maturation de HCF-1 qui représente une phase importante pour l'activation de la fonction de HCF-1c. Afin de mettre à jour cette découverte, je me suis concentrée sur l'étude de l'impact de ces régions au niveau de la cytokinése qui fut le premier phénotype démontrant le rôle de HCF-1c dans la phase M. A ce jour, nous savons que HCF-1c joue un rôle dans la cytokinèse, nous ne connaissons pas encore sa fonction précise. Dans le but de cerner plus précisément cette fonction, j'ai investigué des étapes ultérieures ai la cytokinèse. Des défauts dans la ségrégation des chromosomes avaient déjà été observés, ai donc continué l'étude en prouvant que HCF-1n et les HCF-1pro repeats sont aussi importants pour le bon fonctionnement de cette étape clef également régulée par HCF-1c. J' ai aussi montré que la région 382-450 et la mutation P134S sont associées à un taux élevé de micronoyaux, de défauts dans la ségrégation des chromosomes. L'une des fonctions principales de HCF-1 étant la régulation de la transcription, j'ai aussi contrôlé la capacité de HCF-1 à se lier à la chromatine après insertion de mutations ou délétions dans HCF-1n et dans la région protéolytique. Or, à l'exception des HCF-1 contenant la mutation P134S, la sous-unité HCF-1c des HCF-1 tronquées se lie correctement à la chromatine. Cette constatation suggère que la liaison entre HCF-1c et chromatine n'est pas dépendante de la région Basique ou Protéolytique mais peut-être vraisemblablement de la région Kelch. Donc si le rôle de HCF-1c est dépendant de sa capacité â activer la transcription, l'intercommunication entre les deux sous-unités et la région protéolytique joueraient un rôle important non pas dans son habileté à se lier à la chromatine, mais dans la capacité de HCF-1 à s'associer aux co-facteurs ou à se placer sur les bonnes régions du génome.

Maladie d'Alzheimer : Etude des marqueurs pathologiques dans le cortex frontal humain et corrélations anatomo-cliniques

La maladie d'Alzheimer (MA), forme de démence la plus fréquente, est caractérisée précocement par des troubles de la mémoire, puis par une détérioration cognitive progressive, corrélée avec la progression des lésions cérébrales que sont les dépôts de protéine ß-amyloïde, notamment dans les plaques séniles, et la dégénérescence neurofibrillaire qui touche en priorité les grands neurones pyramidaux de l'hippocampe et du cortex cérébral. La perte ou les dommages synaptiques sont aussi prépondérants et conduisent à la mort neuronale et à la perte de réseaux fonctionnels notamment au niveau des protéines présynaptiques comme la synaptophysine et postsynaptiques comme PSD-95 (Leuba et al. 2008), ainsi que des récepteurs NMDA (NMDAR) liés à PSD-95 et jouant un rôle prédominant dans le fonctionnement synaptique. Notre étude s'est portée une des régions du cortex frontal correspondant à l'aire de Brodmann 10, encore peu étudiée dans la littérature scientifique, qui peut être touchée de manière plus ou moins importante dans la MA, entraînant des troubles de l'humeur et du comportement ainsi que des répercussions sur les fonctions exécutives. L'étude a pour but d'identifier et de quantifier les dépôts de protéine ß-amyloïde et les lésions neurofibrillaires ainsi que les changements de protéines synaptiques et de récepteurs NMDA dans cette région entre une population contrôle et AD, et de la comparer avec d'autres régions déjà partiellement étudiées dans le laboratoire, notamment l'aire 9 qui lui est adjacente et les aires cingulaires 24 et 25. L'analyse est faite de manière qualitative et semi-quantitative au microscope optique sur des coupes colorées avec des méthodes immunohistochimiques. De possibles corrélations anatomo-cliniques sont recherchées dans les cas AD. La région FC10 est touchée par la MA avec une présence de plaques séniles et de dégénérescences neurofibrillaires plus marquées chez les cas atteints de la MA ce qui n'est pas le cas des protéines synaptiques. Le comportement des deux marqueurs pathologiques dans FC10 est comparable aux autres régions cérébrales étudiées notamment à la région adjacente, FC9, contrairement aux marqueurs synaptiques qui selon la région ont un comportement plus variable. L'effet de l'âge dans l'évolution de la physiopathologie de la MA pour les marqueurs pathologiques a été mis en évidence dans la région FC10. Les régions EC et FC9 n'ont pas montré de microhémorragie synonyme d'une possible contribution vasculaire. L'étude de cette région a permis de mettre en évidence l'implication de FC10 dans la MA. Elle montre des points communs avec les autres régions cérébrales notamment vis-à-vis des plaques séniles et des DNF.