Interactions between Endothelin Receptor B and Transcription Factors Sox10 and Pax3 in the Melanocyte Lineage

Genetic interactions that underlie developmental processes such as cell differentiation and pattern formation are complex and difficult to elucidate. Neural Crest (NC) cells and their derivatives offer an optimal system in which to probe for these complex interactions as they acquire different cell fates and constitute a variety of structures. The transcription factors Sox10 and Pax3 as well as the transmembrane receptor Endothelin receptor b (Ednrb) are temporally and spatially co-expressed early in NC cells and mutations in these genes lead to similar hypopigmentation phenotypes due to a reduced number of NC-derived melanocyte precursors, the melanoblasts. The goal of this study was to establish whether Sox10 and Ednrb or Pax3 and Ednrb interact to promote normal murine melanocyte development. Crosses of Sox10 or Pax3 with Ednrb heterozygous mutants showed that the double heterozygous hypopigmentation phenotype was significantly more pronounced than phenotypes of single heterozygotes, implying that a synergistic interaction exists between Sox10 and Ednrb and Pax3 and Ednrb. This interaction was further explored by the attempt to rescue the Sox10 and Pax3 hypopigmentation phenotypes by the transgenic addition of Ednrb to melanoblasts. Pigmentation was completely restored in the Sox10 and partially restored in the Pax3 mutant mice. The comparison of the number of melanoblasts in transgenic and non-transgenic Sox10 mutant embryos showed that the transgenic rescue occurred as early as E11.5, a critical time for melanoblast population expansion. Cell survival assays indicated that the rescue was not due to an effect of the transgene on melanoblast survival. A novel phenotype arose when studying the interaction between Ednrb and Pax3. Newborns appeared normal but by 3.5 weeks of age, the affected pups were smaller than normal littermates and developed a dome-shaped head; some also developed thoracic kyphosis. Affected pups were dead by 4 weeks of age: 80% were Pax3Sp/+ and 75% were female. When compared to normal littermates, affected mice had brains with enlarged 4th ventricles and more glia while skeletal staining showed kyphosis, wider rib cages and pelvic differences. An epistatic interaction resulting from the mixing of genetic backgrounds that is exacerbated in the presence of Pax3 heterozygosity is suspected.

Diabetes Impairs the Aldehyde Detoxifying Capacity of the Retina

Purpose: We studied whether the accumulation of advanced lipoxidation end-products (ALEs) in the diabetic retina is linked to the impairment of lipid aldehyde detoxification mechanisms.

Methods: Retinas were collected from nondiabetic and diabetic rats and processed for conventional and quantitative RT-PCR (qRT-PCR), Western blotting, immunohistochemistry, and aldehyde dehydrogenase (ALDH) activity assays. The effect of the ALDH1a1 inhibitor, NCT-501, on ALE accumulation and cell viability in cultured Müller glia also was investigated.

Results: The rat retina expressed a range of lipid aldehyde detoxifying ALDH and aldo-keto reductase (AKR) genes. In diabetes, mRNA levels were reduced for 5 of 9 transcripts tested. These findings contrasted with those in the lens and cornea where many of these enzymes were upregulated. We have reported previously accumulation of the acrolein (ACR)-derived ALE, FDP-lysine, in retinal Müller glia during diabetes. In the present study, we show that the main ACR-detoxifying ALDH and AKR genes expressed in the retina, namely, ALDH1a1, ALDH2, and AKR1b1, are principally localized to Müller glia. Diabetes-induced FDP-lysine accumulation in Müller glia was associated with a reduction in ALDH1a1 mRNA and protein expression in whole retina and a decrease in ALDH1a1-immunoreactivity specifically within these cells. No such changes were detected for ALDH2 or AKR1b1. Activity of ALDH was suppressed in the diabetic retina and blockade of ALDH1a1 in cultured Müller glia triggered FDP-lysine accumulation and reduced cell viability.

Conclusions: These findings suggest that downregulation of ALDH and AKR enzymes, particularly ALDH1a1, may contribute ALE accumulation in the diabetic retina.

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

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

Proliferative Defects and Formation of a Double Cortex in Mice Lacking Mltt4 and Cdh2 in the Dorsal Telencephalon

Radial glial cells (RGCs) in the ventricular neuroepithelium of the dorsal telencephalon are the progenitor cells for neocortical projection neurons and astrocytes. Here we showthatthe adherens junction proteins afadin and CDH2 are criticalforthe control of cell proliferation in the dorsal telencephalon and for the formation of its normal laminar structure. Inactivation of afadin or CDH2 in the dorsal telenceph-alon leads to a phenotype resembling subcortical band heterotopia, also known as “double cortex,” a brain malformation in which heterotopic gray matter is interposed between zones of white matter. Adherens junctions between RGCs are disrupted in the mutants, progenitor cells are widely dispersed throughout the developing neocortex, and their proliferation is dramatically increased. Major subtypes of neocortical projection neurons are generated, but their integration into cell layers is disrupted. Our findings suggest that defects in adherens junctions components in mice massively affects progenitor cell proliferation and leads to a double cortex-like phenotype.

Granulocyte-colony-stimulating factor mobilizes bone marrow stem cells in patients with subacute ischemic stroke: the Stem Cell Trial of Recovery EnhanceMent After Stroke (STEMS) Pilot Randomized, Controlled Trial (ISRCTN 16784092)

Background and Purpose - Loss of motor function is common after stroke and leads to significant chronic disability. Stem cells are capable of self-renewal and of differentiating into multiple cell types, including neurones, glia, and vascular cells. We assessed the safety of granulocyte-colony-stimulating factor (G-CSF) after stroke and its effect on circulating CD34 stem cells. Methods - We performed a 2-center, dose-escalation, double-blind, randomized, placebo-controlled pilot trial (ISRCTN 16784092) of G-CSF (6 blocks of 1 to 10 g/kg SC, 1 or 5 daily doses) in 36 patients with recent ischemic stroke. Circulating CD34 stem cells were measured by flow cytometry; blood counts and measures of safety and functional outcome were also monitored. All measures were made blinded to treatment. Results - Thirty-six patients, whose mean SD age was 768 years and of whom 50% were male, were recruited. G-CSF (5 days of 10 g/kg) increased CD34 count in a dose-dependent manner, from 2.5 to 37.7 at day 5 (area under curve, P0.005). A dose-dependent rise in white cell count (P0.001) was also seen. There was no difference between treatment groups in the number of patients with serious adverse events: G-CSF, 7/24 (29%) versus placebo 3/12 (25%), or in their dependence (modified Rankin Scale, median 4, interquartile range, 3 to 5) at 90 days. Conclusions - ”G-CSF is effective at mobilizing bone marrow CD34 stem cells in patients with recent ischemic stroke. Administration is feasible and appears to be safe and well tolerated. The fate of mobilized cells and their effect on functional outcome remain to be determined. (Stroke. 2006;37:2979-2983.)

Proliferative Defects and Formation of a Double Cortex in Mice Lacking Mltt4 and Cdh2 in the Dorsal Telencephalon

Radial glial cells (RGCs) in the ventricular neuroepithelium of the dorsal telencephalon are the progenitor cells for neocortical projection neurons and astrocytes. Here we showthatthe adherens junction proteins afadin and CDH2 are criticalforthe control of cell proliferation in the dorsal telencephalon and for the formation of its normal laminar structure. Inactivation of afadin or CDH2 in the dorsal telenceph-alon leads to a phenotype resembling subcortical band heterotopia, also known as “double cortex,” a brain malformation in which heterotopic gray matter is interposed between zones of white matter. Adherens junctions between RGCs are disrupted in the mutants, progenitor cells are widely dispersed throughout the developing neocortex, and their proliferation is dramatically increased. Major subtypes of neocortical projection neurons are generated, but their integration into cell layers is disrupted. Our findings suggest that defects in adherens junctions components in mice massively affects progenitor cell proliferation and leads to a double cortex-like phenotype.

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

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

In vivo time-lapse imaging of mitochondria in healthy and diseased peripheral myelin sheath

International audience

Retinal Macroglial Responses in Health and Disease

Due to their permanent and close proximity to neurons, glial cells perform essential tasks for the normal physiology of the retina. Astrocytes andM¨uller cells (retinal macroglia) provide physical support to neurons and supplement them with several metabolites and growth factors.Macroglia are involved in maintaining the homeostasis of extracellular ions and neurotransmitters, are essential for information processing in neural circuits, participate in retinal glucose metabolism and in removing metabolic waste products, regulate local blood flow, induce the blood-retinal barrier (BRB), play fundamental roles in local immune response, and protect neurons from oxidative damage. In response to polyetiological insults, glia cells react with a process called reactive gliosis, seeking to maintain retinal homeostasis. When malfunctioning, macroglial cells can become primary pathogenic elements. A reactive gliosis has been described in different retinal pathologies, including age-related macular degeneration (AMD), diabetes, glaucoma, retinal detachment, or retinitis pigmentosa. A better understanding of the dual, neuroprotective, or cytotoxic effect of macroglial involvement in retinal pathologies would help in treating the physiopathology of these diseases.The extensive participation of the macroglia in retinal diseases points to these cells as innovative targets for new drug therapies.