Cerebral cortical astroglia from the trisomy 16 mouse, a model for Down syndrome, produce neuronal cholinergic deficits in cell culture

Trisomy 21 (Down syndrome) is associated with a high incidence of Alzheimer disease and with deficits in cholinergic function in humans. We used the trisomy 16 (Ts16) mouse model for Down syndrome to identify the cellular basis for the cholinergic dysfunction. Cholinergic neurons and cerebral cortical astroglia, obtained separately from Ts16 mouse fetuses and their euploid littermates, were cultured in various combinations. Choline acetyltransferase activity and cholinergic neuron number were both depressed in cultures in which both neurons and glia were derived from Ts16 fetuses. Cholinergic function of normal neurons was significantly down-regulated by coculture with Ts16 glia. Conversely, neurons from Ts16 animals could express normal cholinergic function when grown with normal glia. These observations indicate that astroglia may contribute strongly to the abnormal cholinergic function in the mouse Ts16 model for Down syndrome. The Ts16 glia could lack a cholinergic supporting factor present in normal glia or contain a factor that down-regulates cholinergic function.

Bilirubin, formed by activation of heme oxygenase-2, protects neurons against oxidative stress injury

Heme oxygenase (HO) catalyzes the conversion of heme to carbon monoxide, iron, and biliverdin, which is immediately reduced to bilirubin (BR). Two HO active isozymes exist: HO1, an inducible heat shock protein, and HO2, which is constitutive and highly concentrated in neurons. We demonstrate a neuroprotective role for BR formed from HO2. Neurotoxicity elicited by hydrogen peroxide in hippocampal and cortical neuronal cultures is prevented by the phorbol ester, phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) via stimulation of protein kinase C. We observe phosphorylation of HO2 through the protein kinase C pathway with enhancement of HO2 catalytic activity and accumulation of BR in neuronal cultures. The neuroprotective effects of PMA are prevented by the HO inhibitor tin protoporphyrin IX and in cultures from mice with deletion of HO2 gene. Moreover, BR, an antioxidant, is neuroprotective at nanomolar concentrations.

Reversible inactivation of the nucleus basalis magnocellularis induces disruption of cortical acetylcholine release and acquisition, but not retrieval, of aversive memories

The basal forebrain complex, which includes the nucleus basalis magnocellularis (NBM), provides widespread cholinergic and γ-aminobutyric acid-containing projections throughout the brain, including the insular and pyriform cortices. A number of studies have implicated the cholinergic neurons in the mediation of learning and memory processes. However, the role of basal forebrain activity in information retrieval mechanisms is less known. The aim of the present study is to evaluate the effects of reversible inactivation of the NBM by tetrodotoxin (TTX, a voltage-sensitive sodium channel blocker) during the acquisition and retrieval of conditioned taste aversion (CTA) and to measure acetylcholine (ACh) release during TTX inactivation in the insular cortex, by means of the microdialysis technique in free-moving rats. Bilateral infusion of TTX in the NBM was performed 30 min before the presentation of gustative stimuli, in either the CTA acquisition trial or retrieval trial. At the same time, levels of extracellular ACh release were measured in the insular cortex. The behavioral results showed significant impairment in CTA acquisition when the TTX was infused in the NBM, whereas retrieval was not affected when the treatment was given during the test trial. Biochemical results showed that TTX infusion into the NBM produced a marked decrease in cortical ACh release as compared with the controls during consumption of saccharin in the acquisition trial. Depleted ACh levels were found during the test trial in all groups except in the group that received TTX during acquisition. These results suggest a cholinergic-dependent process during acquisition, but not during memory retrieval, and that NBM-mediated cholinergic cortical release may play an important role in early stages of learning, but not during recall of aversive memories.

Nontropic actions of neurotrophins: Subcortical nerve growth factor gene delivery reverses age-related degeneration of primate cortical cholinergic innervation

Normal aging is associated with a significant reduction in cognitive function across primate species. However, the structural and molecular basis for this age-related decline in neural function has yet to be defined clearly. Extensive cell loss does not occur as a consequence of normal aging in human and nonhuman primate species. More recent studies have demonstrated significant reductions in functional neuronal markers in subcortical brain regions in primates as a consequence of aging, including dopaminergic and cholinergic systems, although corresponding losses in cortical innervation from these neurons have not been investigated. In the present study, we report that aging is associated with a significant 25% reduction in cortical innervation by cholinergic systems in rhesus monkeys (P < 0.001). Further, these age-related reductions are ameliorated by cellular delivery of human nerve growth factor to cholinergic somata in the basal forebrain, restoring levels of cholinergic innervation in the cortex to those of young monkeys (P = 0.89). Thus, (i) aging is associated with a significant reduction in cortical cholinergic innervation; (ii) this reduction is reversible by growth-factor delivery; and (iii) growth factors can remodel axonal terminal fields at a distance, representing a nontropic action of growth factors in modulating adult neuronal structure and function (i.e., administration of growth factors to cholinergic somata significantly increases axon density in terminal fields). These findings are relevant to potential clinical uses of growth factors to treat neurological disorders.

The brain-specific activator p35 allows Cdk5 to escape inhibition by p27Kip1 in neurons.

Cell cycle withdrawal in postmitotic cells involves cyclin-dependent kinase (Cdk) inhibitors that repress cell cycle Cdk activity. During mouse neurogenesis, cortical postmitotic neurons are shown here to accumulate high levels of the p27 Cdk inhibitor compared with their progenitor neuroblasts. Elevated p27 levels in staged embryo brain extracts correlate with p27 binding to Cdk2, and Cdk inactivation. Yet, Cdk5, which is associated with the noncyclin activator p35 in neurons, remains active in the presence of high p27 levels. Both in vitro and in vivo, p27 and related inhibitors can recognize a cyclin D-Cdk5 complex but not a p35-Cdk5 complex. The results indicate that the choice of activator determines the susceptibility of Cdk5 to p27 and related Cdk inhibitors, and thus its ability to act in postmitotic cells.

Layer-specific programs of development in neocortical projection neurons.

How are long-range axonal projections from the cerebral cortex orchestrated during development? By using both passively and actively transported axonal tracers in fetal and postnatal ferrets, we have analyzed the development of projections from the cortex to a number of thalamic nuclei. We report that the projections of a cortical area to its corresponding thalamic nuclei follow highly cell-specific programs of development. Axons from cells in the deepest layers of the cerebral cortex (layer 6 and superficial subplate neurons) appear to grow very slowly and be delayed for several weeks in the cerebral white matter, reaching the thalamus over a protracted period. Neurons of layer 5, on the other hand, develop their projections much faster; despite being born after the neurons of deeper layers, layer 5 neurons are the first to extend their axons out of the cortical hemisphere and innervate the thalamus. Layer 5 projections are massive in the first postnatal weeks but may become partly eliminated later in development, being overtaken in number by layer 6 cells that constitute the major corticothalamic projection by adulthood. Layer 5 projections are area-specific from the outset and arise as collateral branches of axons directed to the brainstem and spinal cord. Our findings show that the early development of corticofugal connections is determined not by the sequence of cortical neurogenesis but by developmental programs specific for each type of projection neuron. In addition, they demonstrate that in most thalamic nuclei, layer 5 neurons (and not subplate or layer 6 neurons) establish the first descending projections from the cerebral cortex.

Blockade of action potential activity alters initial arborization of thalamic axons within cortical layer 4.

In the formation of connections during the development of the nervous system, it is generally accepted that there is an early phase not requiring neural activity and a later activity-dependent phase. The initial processes of axonal pathfinding and target selection are not thought to require neural activity, whereas the later fine-tuning of connections into their final adult patterns does. We report an apparent exception to this rule in which action potential activity seems to be required very early in development for thalamic axons to form appropriate patterns of terminal arborizations with their ultimate target neurons in layer 4 of the cerebral cortex. Blockade of sodium action potentials during the 2-week fetal period when visual thalamic axons initially grow into the primary visual cortex in cats prevents the normally occurring branching of lateral geniculate nucleus axons within layer 4. This observation implies a role for action-potential activity in cerebral cortical development far earlier than previously suspected, weeks before eye-opening and the onset of the well-known process of activity-dependent reorganization of axonal terminal arbors that leads to the formation of ocular dominance columns.

Cortical correlate of pattern backward masking.

The perception of a briefly presented shape is strongly impaired when it is followed by another pattern, a phenomenon called backward masking. We found that the vast majority of a sample of shape-selective neurons in the macaque inferior temporal cortex respond selectively to backward-masked shapes, although these shapes could not be discriminated by human and monkey subjects. However, this selective response was brief, since it was either interrupted by the mask or overridden by a response to the mask itself. We show that reliable discrimination of briefly presented shapes by single neurons depends on the temporal integration of the response. Presentation of the mask, however, reduces the number of spikes available for integration, explaining backward masking. These results also provide direct neurophysiological evidence for the "interruption theory" of backward masking.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Pyramidal neurons of granular prefrontal cortex of the galago: Complexity in evolution of the psychic cell in primates

Typically, cognitive abilities of humans have been attributed to their greatly expanded cortical mantle, granular prefrontal cortex (gPFC) in particular. Recently we have demonstrated systematic differences in microstructure of gPFC in different species. Specifically, pyramidal cells in adult human gPFC are considerably more spinous than those in the gPFC of the macaque monkey, which are more spinous than those in the gPFC of marmoset and owl monkeys. As most cortical dendritic spines receive at least one excitatory input, pyramidal cells in these different species putatively receive different numbers of inputs. These differences in the gPFC pyramidal cell phenotype may be of fundamental importance in determining the functional characteristics of prefrontal circuitry and hence the cognitive styles of the different species. However, it remains unknown as to why the gPFC pyramidal cell phenotype differs between species. Differences could be attributed to, among other things, brain size, relative size of gPFC, or the lineage to which the species belong. Here we investigated pyramidal cells in the dorsolateral gPFC of the prosimian galago to extend the basis for comparison. We found these cells to be less spinous than those in human, macaque, and marmoset. (c) 2005 Wiley-Liss, Inc.

Laminar distribution of neurofilament inclusions and swollen achromatic neurons in neurofilament inclusion disease (NID)

The laminar distribution of the neurofilament inclusions (NI) and swollen achromatic neurons (SN) was studied in gyri of the temporal cortex in four patients with neurofilament inclusion disease (NID). In 84% of gyri analysed, the density of the NI was maximal in the lower cortical laminae. The distribution of the SN was more variable than the NI. Density was maximal in the lower cortex in 46% of gyri, in the upper cortical laminae in 8% of gyri, and a bimodal distribution in 15% of gyri. In the remaining gyri, there was a more even distribution of SN with cortical depth. In 31% of gyri, the vertical density of the NI was positively correlated with that of the SN. The data suggest that cortical degeneration in the temporal lobe of NID initially affects neurons in the lower laminae. Subsequently, the pathology may spread to affect much of the cortical profile, the SN preceding the appearance of the NI.

Spatial correlations between the vacuolation, prion protein deposits, and surviving neurons in the cerebral cortex in sporadic Creutzfeldt-Jakob disease

In the cerebral cortex of cases of sporadic Creutzfeldt-Jakob disease (sCJD), the vacuolation (spongiform change) and PrP deposits are aggregated into clusters which are regularly distributed parallel to the pia mater. The objective of the present study was to determine the spatial relationships between the clusters of the vacuoles and PrP deposits and between the pathological changes and variations in the density of surviving neurons. In areas with low densities of pathological change, clusters of vacuoles were spatially correlated with the surviving neurons and not with the PrP deposits. By contrast, in more significantly affected areas, clusters of vacuoles were spatially correlated with those of the PrP deposits and not with the surviving neurons. In addition, areas with a high density of vacuoles and a low density of PrP deposits exhibited no spatial correlations between the variables. These data suggest that the spatial relationships between the vacuolation, PrP deposits and surviving neurons in sCJD depend on the density of lesions present. Differences in the pattern of correlation may reflect the developmental stage of the pathology in particular cortical areas.