Dendritic Spine Abnormalities in Hippocampal CA1 Pyramidal Neurons Underlying Memory Deficits in the SAMP8 Mouse Model of Alzheimer's Disease

SAMP8 is a strain of mice with accelerated senescence. These mice have recently been the focus of attention as they show several alterations that have also been described in Alzheimer"s disease (AD) patients. The number of dendritic spines, spine plasticity, and morphology are basic to memory formation. In AD, the density of dendritic spines is severely decreased. We studied memory alterations using the object recognition test. We measured levels of synaptophysin as a marker of neurotransmission and used Golgi staining to quantify and characterize the number and morphology of dendritic spines in SAMP8 mice and in SAMR1 as control animals. While there were no memory differences at 3 months of age, the memory of both 6- and 9-month-old SAMP8 mice was impaired in comparison with age-matched SAMR1 mice or young SAMP8 mice. In addition, synaptophysin levels were not altered in young SAMP8 animals, but SAMP8 aged 6 and 9 months had less synaptophysin than SAMR1 controls and also less than 3-month-old SAMP8 mice. Moreover, while spine density remained stable with age in SAMR1 mice, the number of spines started to decrease in SAMP8 animals at 6 months, only to get worse at 9 months. Our results show that from 6 months onwards SAMP8 mice show impaired memory. This age coincides with that at which the levels of synaptophysin and spine density decrease. Thus, we conclude that together with other studies that describe several alterations at similar ages, SAMP8 mice are a very suitable model for studying AD.

Connecten el cervell d'un humà al d'una mosca

Un equip d"investigadors de la Universitat de Harvard crea una interfície que recull els impulsos nerviosos d"una persona i els envia al cervell d"una rata, de tal manera que es podria provocar que mogués la cua.

Modulation de la douleur neuropathique par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé recombinant et ARN interférent

Une lésion nerveuse périphérique est susceptible d'engendrer une douleur neuropathique caractérisée par des changements d'expression génique dans les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. Parmi ces modifications, on note une augmentation transcriptionnelle du gène codant pour la guanosine triphosphate cyclohydrolase 1 (GCH1) considérée comme modulateur clé des douleurs neuropathiques périphériques1. La surexpression de la GCH1 induit alors une hausse de la concentration de la tétrahydrobiopterin (BH4), un cofacteur essentiel pour la production de catécholamines, de sérotonine et d'oxide nitrique dans les ganglions spinaux. La surexpression de ce cofacteur induit la production de ces neurotransmetteurs et contribue à l'augmentation de la sensibilité douloureuse. Dans ce travail, j'ai modulé l'expression de GCH1 par l'utilisation d'un vecteur viral adéno-associé. Tout d'abord, j'ai testé in vitro dans des cellules PC12 différentes molécules d'ARN interfèrent permettant la régulation négative de GCH1. Les cellules PC 12 contiennent constitutionnellement la GCH1 et sont donc intéressantes afin de tester et sélectionner un plasmide permettant une régulation négative efficace de cette molécule in vitro. Cela m'a permis de choisir après sélection de cellules par FACS et quantification protéique par Western blot les meilleurs sh-ARN à utiliser tant pour la régulation négative de GCH1 que pour le vecteur contrôle. J'ai ensuite co- transfecté ces plasmides avec le plasmide pDF6 dans des cellules HEK293T pour la production de mon vecteur viral (rAAV2/6) permettant la régulation négative de la GCH1 ainsi que de mon vecteur contrôle. Après avoir étudié deux voies d'injection chez le rat (dans le nerf sciatique et en intrathécal), j'ai retenu la voie intrathécale comme ayant le meilleur taux de transduction de mon vecteur viral au niveau des ganglions spinaux. Utiliser cette voie d'injection pour mon vecteur permet de cibler plus particulièrement les neurones nociceptifs des ganglions spinaux. J'ai ensuite étudié la modulation de la GCH1 et sa répercussion sur le développement et le maintien des douleurs neuropathiques dans le modèle animal « spared nerve injury » (SNI). Je n'ai pas obtenu de diminution de douleur ni au niveau comportemental ni au niveau moléculaire chez le rat. Ayant répété l'expérience chez la souris, j'ai obtenu une diminution significative de l'expression de la GCH1 au niveau de l'ARN messager. Je n'ai pas étudié l'efficacité de mon vecteur in vivo chez la souris car un autre groupe m'a devancé dans cette expérience et a publié une étude similaire montrant une régulation négative et efficace de la GCH1 sur les symptômes de douleur neuropathique. Mes résultats, associés à cette publication, démontrent la validité de mon hypothèse de départ et ouvrent de nouvelles perspectives thérapeutiques en prenant comme cible la production de BH4.

Developmental expression of the oligodendrocyte myelin glycoprotein in the mouse telencephalon

The oligodendrocyte myelin glycoprotein is a glycosylphosphatidylinositol-anchored protein expressed by neurons and oligodendrocytes in the CNS. Attempts have been made to identify the functions of the myelin-associated inhibitory proteins (MAIPs) after axonal lesion or in neurodegeneration. However, the developmental roles of some of these proteins and their receptors remain elusive. Recent studies indicate that NgR1 and the recently discovered receptor PirB restrict cortical synaptic plasticity. However, the putative factors that trigger these effects are unknown. Since Nogo-A is mostly associated with the endoplasmic reticulum and MAG appears late during development, the putative participation of OMgp should be considered. Here we examine the pattern of development of OMgp immunoreactive elements during mouse telencephalic development. OMgp immunoreactivity in the developing cortex follows the establishment of the thalamo-cortical barrel-field. At cellular level, we located OMgp neuronal membranes in dendrites and axons as well as in brain synaptosome fractions and axon varicosities. Lastly, the analysis of the barrel-field in OMgp-deficient mice revealed that although thalamo-cortical connections were formed, their targeting in layer IV was altered and numerous axons ectopically invaded layer II-III. Our data support the idea that early-expressed MAIPs play an active role during development and point to OMgp participating in thalamo-cortical connections.

Electrostimulation mapping of comprehension of auditory and visual words.

In order to spare functional areas during the removal of brain tumours, electrical stimulation mapping was used in 90 patients (77 in the left hemisphere and 13 in the right; 2754 cortical sites tested). Language functions were studied with a special focus on comprehension of auditory and visual words and the semantic system. In addition to naming, patients were asked to perform pointing tasks from auditory and visual stimuli (using sets of 4 different images controlled for familiarity), and also auditory object (sound recognition) and Token test tasks. Ninety-two auditory comprehension interference sites were observed. We found that the process of auditory comprehension involved a few, fine-grained, sub-centimetre cortical territories. Early stages of speech comprehension seem to relate to two posterior regions in the left superior temporal gyrus. Downstream lexical-semantic speech processing and sound analysis involved 2 pathways, along the anterior part of the left superior temporal gyrus, and posteriorly around the supramarginal and middle temporal gyri. Electrostimulation experimentally dissociated perceptual consciousness attached to speech comprehension. The initial word discrimination process can be considered as an "automatic" stage, the attention feedback not being impaired by stimulation as would be the case at the lexical-semantic stage. Multimodal organization of the superior temporal gyrus was also detected since some neurones could be involved in comprehension of visual material and naming. These findings demonstrate a fine graded, sub-centimetre, cortical representation of speech comprehension processing mainly in the left superior temporal gyrus and are in line with those described in dual stream models of language comprehension processing.

Contribution of estrogen and GluN2B subunit to the HtraKO mouse phenotype

Htr1a is one of the most widespread serotonin receptor across the brain, strongly expressed in CAI region of hippocampus. Our laboratory studies the phenotypic alteration in 5HTla- deficient mice (Htr1aK0), characterized an abnormal anxious-like behavior. Our aim is to evaluate the regulation of this cognitive process by understanding the circuitry involved. This phenotype sets up early during development and has durable effect in adulthood. Our laboratory showed that adult Htr1aK0 male mice displaying exuberant dendritic growth of oblique dendrites in a specific layer of a CAI pyramidal neurons, the stratum radiatum. Application of drugs in organotypic cultures and by in vivo injections revealed that GluN2B, a subunit of NMDA receptor highly expressed during development, is responsible for this dendritic exuberance. Immunohistochemistry highlighted in particular a synaptic enrichment of GluN2B in stratum radiatum of Htr1aK0 CAI pyramidal neurons at puberty. Finally, original analysis of Htr1aK0 mouse behavior showed a different response to anxiety between male and female. Htr1a activation down-regulates the CaMKII activity in the CAI pyramidal neurons. CaMKII directly favors the membrane conductance and stability of GluN2B at the synapse. In the context of the Htr1aK0 mouse, GluN2B is the final common pathway of our phenotype. This subunit is well known to regulate the threshold of LTD/LTP and the dendritogenesis during development. In my thesis, I establish a link between the gender differences in the morphology and the physiology in the Htr1aK0 mice during development to understand how these characteristics shape the circuit with prominent cognitive impacts in adulthood. My study highlighted that during development, Htr1aK0 male mice show a constant increase of the dendritic growth of oblique dendrites from early ages until adulthood associated with an increased physiological impact of altered GluN2A/GluN2B ratio. Whereas during puberty, synaptic contribution of GluN2B to NMDA response is higher in Htr1aK0 compared to WT male mice, this ratio comes back to normal values towards adulthood. However, this recovery of the ratio of GluN2A/GluN2B located at the synaptic level is concomitant with the lateral diffusion of excess GluN2B subunits, leading to extrasynaptic enrichment. The main impact was a lowering of the LTP threshold characterized by strong increased potentiation of synaptic strength after 5 Hz low frequency stimulation. Moreover, the extrasynaptic GluN2B overexpression leads to a shift of the maturation phase switch explaining the exuberant morphology. However, Htr1aK0 females characterized during the 3 first weeks of development by an increase of the dendritic growth of oblique dendrites showed starting at puberty that the dendrite arborization returns progressively to WT values. The physiological impact of GluN2B was investigated and directly linked to this morphology, since Htr1aK0 female mice does not show alteration of the synaptic strength during development. These observations show a compensation occurring in Htr1aK0 female, responsible for a rescue of the phenotype morphologically, physiologically and to be tested behaviorally. We highlighted then the biological processes underlying this compensation. During development, sexual hormones such as testosterone and estrogen are responsible to induce sexual differentiation of specific brain regions. I demonstrated that estrogen, but not testosterone, was able to reduce both in vitro and in vivo the dendritic arborization early during development, through activation of GPER-1, a G-coupled protein estrogen receptor, which phenocopy the activation of Htr1a by reducing GluN2B conductance and stability. I then identified a pathway, parallel to Htr1a, able to regulate GluN2B and responsible for the morphological and physiological phenotype in Htr1aK0 female mice. The specific rise of estrogen occurring at puberty in female is responsible for the compensation observed and induces a late rescue of the Htr1aK0 phenotype by activation GPER-1. -- Htr1a est un des récepteurs à la sérotonine les plus répandus dans le cerveau, fortement exprimé dans la région CAI de l'hippocampe. Notre laboratoire étudie les altérations phénotypiques de souris déficientes pour ce récepteur (Htr1aK0), caractérisées par un comportement avec des traits anxieux. Notre objectif est d'évaluer la régulation de ces processus cognitifs en comprenant les connexions nerveuses impliquées. Ce phénotype se met en place tôt au cours du développement et présente un effet durable à l'âge adulte. Notre laboratoire a montré que les souris Htr1aK0 mâles adultes se caractérisent par une croissance exubérante des dendrites obliques dans une couche spécifique des neurones pyramidaux du CAI, le stratum radiatum. L'application de drogues sur cultures organotypiques et par injections in vivo ont révélé que GluN2B, une sous-unité du récepteur NMDA fortement exprimée au cours du développement, est responsable de cette exubérance dendritique. Des expériences d'immunohistochimie ont notamment mis en évidence un enrichissement synaptique de GluN2B durant la puberté dans le stratum radiatum des neurones de la région CAI des souris Htr1aK0. Finalement, l'analyse originale du comportement des souris Htr1aK0 a montré une différence de réponse à l'anxiété entre mâles et femelles. L'activation de Htr1a diminue l'activité de la CaMKII dans les neurones pyramidaux du CAI. La CaMKII favorise directement la conductance et la stabilité de la sous-unité GluN2B à la synapse. Dans le contexte de la souris Htr1aK0, GluN2B est le « médiateur » de notre phénotype. Cette sous-unité est particulièrement connue pour réguler le seuil de LTD-LTP ainsi que la dendritogénèse durant le développement. Dans ma thèse, j'ai établi le lien entre les différences dépendant du genre dans la morphologie et physiologie des souris Htr1aK0 au cours du développement pour comprendre comment ces caractéristiques modulent le circuit accompagnés d'impacts cognitifs visibles à l'âge adulte. Mon étude a mis en évidence que durant le développement, les souris mâles Htr1aK0 montrent une constante augmentation de la croissance des dendrites obliques entre les premières semaines et l'âge adulte associée à une augmentation de l'impact physiologique du ratio GluN2A/GluN2B altéré. Alors que durant la puberté, la contribution synaptique de GluN2B à la réponse NMDA est plus haute chez la souris mâle Htr1aK0 que le WT, ce ratio revient à des valeurs normales à l'âge adulte. Cependant, cette récupération de l'expression du récepteur au niveau synaptique est concomitante avec la diffusion des sous-unités GluN2B excédantes, amenant alors à un enrichissement extrasynaptique. Le principal impact est une diminution du seuil de la LTP caractérisée par une forte potentiation de la plasticité après une stimulation basse fréquence à 5 Hz. De plus, la surexpression des GluN2B extrasynaptiques conduit à un décalage de la bascule à la phase de maturation, expliquant la morphologie dendritique exubérante. Cependant, les femelles Htr1aK0 initialement caractérisées pendant les 3 premières semaines du développement par une augmentation de la croissance des dendrites obliques montrent à partir de la puberté que cette arborisation dendritique retourne à des valeurs WT. L'impact physiologique de GLuN2B a été investigué et mis en lien avec cette morphologie, étant donné que les femelles Htr1aK0 ne montrent pas d'altération de la plasticité durant le développement. Ces observations montrent une compensation se produisant chez la femelle Htr1aK0, responsable d'une récupération du phénotype morphologique, physiologique et peut-être comportemental. Nous avons souligné les processus biologiques sous-jacent à cette compensation. Au cours du développement, les hormones sexuelles telles que la testostérone et l'estrogène sont responsables de la différentiation sexuelle de régions du cerveau spécifiques. J'ai démontré que l'estrogène, mais pas la testostérone, était capable de réduire in vitro et in vivo l'arborisation dendritique tôt dans le développement au travers de l'activation du récepteur GPER-1, un récepteur aux estrogènes couplés à un protéine G, qui phénocopie l'activation de Htr1a en réduisant la conductance et la stabilité de GluN2B à la membrane. J'ai identifié une voie de signalisation parallèle à celle de Htr1a, capable de réguler GluN2B et responsable du phénotype morphologique et physiologique de la souris femelle Htr1aK0. La montée spécifique d'estrogène se déroulant à la puberté chez la femelle est responsable de cette compensation et implique une récupération tardive du phénotype Htr1aK0 par l'activation de GPER-1.

Creatine deficiency syndomes : a new model of partial GAMT deficiency affecting brain cell development

Les syndromes de déficiences cérébrales en créatine (CCDS) sont dus à des mutations dans les gènes GATM et G AMT (codant pour les enzymes AGAT et G AMT de la voie de synthèse de créatine) ainsi que SLC6A8 (transporteur de créatine), et génèrent une absence ou une très forte baisse de créatine (Cr) dans le cerveau, mesurée par spectroscopic de résonance magnétique. Les patients CCDS développent des handicaps neurologiques sévères. Les patients AGAT et GAMT peuvent être traités avec des doses importantes de Cr, mais gardent dans la plupart des cas des séquelles neurologiques irréversibles. Aucun traitement efficace n'existe à ce jour pour la déficience en SLC6A8. Bien que de nombreux modèles aient été développés pour comprendre la Cr cérébrale en conditions physiologiques, les pathomécanismes des CCDS ne sont pas encore compris. Des souris transgéniques pour les gènes Gatm, Gamt et Slc6a8 ont été générées, mais elles ne miment que partiellement la pathologie humaine. Parmi les CCDS, la déficience en GAMT est la plus sévère, en raison de l'accumulation cérébrale de l'intermédiaire guanidinoacétate (GAA). Alors que la toxicité cérébrale du GAA a été étudiée par exposition directe au GAA d'animaux adultes sains, les mécanismes de la toxicité du GAA en condition de déficience en GAMT dans le cerveau en développement sont encore inconnus. Le but de ce projet était donc de développer un modèle de déficience en GAMT dans des cultures 3D primaires de cellules nerveuses de rat en agrégats par knock-down du gène GAMT, en utilisant un virus adéno-associé (AAV) induisant le mécanisme d'interférence à l'ARN (RNAi). Le virus scAAV2, à la multiplicité d'infection de 1000, s'est révélé le plus efficace pour transduire tous les types de cellules nerveuses des cultures (neurones, astrocytes, oligodendrocytes), et générer un knock-down maximal de la protéine GAMT de 85% (jour in vitro 18). Cette déficience partielle en GAMT s'est révélée insuffisante pour générer une déficience en Cr, mais a causé l'accumulation attendue de GAA, à des doses comparables aux niveaux observés dans le LCR des patients GAMT. Le GAA a induit une croissance axonale anarchique accompagnée d'une baisse de l'apoptose naturelle, suivis par une induction tardive de mort cellulaire non-apoptotique. Le co-traitement par la Cr a prévenu tous les effets toxiques du GAA. Ce travail montre que l'accumulation de GAA en absence de déficience en Cr est suffisante pour affecter le développement du tissu nerveux, et suggère que des formes de déficiences en GAMT supplémentaires, ne présentant pas de déficiences en Cr, pourraient être découvertes par mesure du GAA, en particulier à travers les programmes récemment proposés de dépistage néonatal de la déficience en GAMT. -- Cerebral creatine deficiency syndromes (CCDS) are caused by mutations in the genes GATM and GAMT (respectively coding for the two enzymes of the creatine synthetic pathway, AGAT and GAMT) as well as SLC6A8 (creatine transporter), and lead to the absence or very strong decrease of creatine (Cr) in the brain when measured by magnetic resonance spectroscopy. Affected patients show severe neurological impairments. While AGAT and GAMT deficient patients can be treated with high dosages of Cr, most remain with irreversible brain sequelae. No treatment has been successful so far for SLC6A8 deficiency. While many models have helped understanding the cerebral Cr pathways in physiological conditions, the pathomechanisms underlying CCDS are yet to be elucidated. Transgenic mice carrying mutations in the Gatm, Gamt and Slc6a8 genes have been developed, but only partially mimic the human pathology. Among CCDS, GAMT deficiency is the most severe, due to the CNS accumulation of the guanidinoacetate (GAA) intermediate. While brain toxicity of GAA has been explored through direct GAA exposure of adult healthy animals, the mechanisms underlying GAA toxicity in GAMT deficiency conditions on the developing CNS are yet unknown. The aim of this project was thus to develop and characterize a GAMT deficiency model in developing brain cells by gene knockdown, by adeno-associated virus (AAV)-driven RNA interference (RNAi) in rat 3D organotypic primary brain cell cultures in aggregates. scAAV2 with a multiplicity of infection of 1000 was shown as the most efficient serotype, was able to transduce all brain cell types (neurons, astrocytes, oligodendrocytes) and to induce a maximal GAMT protein knockdown of 85% (day in vitro 18). Metabolite analysis showed that partial GAMT knockdown was insufficient to induce Cr deficiency but generated the awaited GAA accumulation at concentrations comparable to the levels observed in cerebrospinal fluid of GAMT-deficient patients. Accumulated GAA induced axonal hypersprouting paralleled with inhibition of natural apoptosis, followed by a later induction in non-apoptotic cell death. Cr supplementation led to the prevention of all GAA-induced toxic effects. This work shows that GAA accumulation without Cr deficiency is sufficient to affect CNS development, and suggests that additional partial GAMT deficiencies, which may not show the classical brain Cr deficiency, may be discovered through GAA measurement including by recently proposed neonatal screening programs for GAMT deficiency.

Estimations of topographically correct regeneration to nerve branches and skin after peripheral nerve injury and repair.

Peripheral nerve injury is typically associated with long-term disturbances in sensory localization, despite nerve repair and regeneration. Here, we investigate the extent of correct reinnervation by back-labeling neuronal soma with fluorescent tracers applied in the target area before and after sciatic nerve injury and repair in the rat. The subpopulations of sensory or motor neurons that had regenerated their axons to either the tibial branch or the skin of the third hindlimb digit were calculated from the number of cell bodies labeled by the first and/or second tracer. Compared to the normal control side, 81% of the sensory and 66% of the motor tibial nerve cells regenerated their axons back to this nerve, while 22% of the afferent cells from the third digit reinnervated this digit. Corresponding percentages based on quantification of the surviving population on the experimental side showed 91%, 87%, and 56%, respectively. The results show that nerve injury followed by nerve repair by epineurial suture results in a high but variable amount of topographically correct regeneration, and that proportionally more neurons regenerate into the correct proximal nerve branch than into the correct innervation territory in the skin

Emergence of assortative mixing between clusters of cultured neurons

The analysis of the activity of neuronal cultures is considered to be a good proxy of the functional connectivity of in vivo neuronal tissues. Thus, the functional complex network inferred from activity patterns is a promising way to unravel the interplay between structure and functionality of neuronal systems. Here, we monitor the spontaneous self-sustained dynamics in neuronal cultures formed by interconnected aggregates of neurons (clusters). Dynamics is characterized by the fast activation of groups of clusters in sequences termed bursts. The analysis of the time delays between clusters' activations within the bursts allows the reconstruction of the directed functional connectivity of the network. We propose a method to statistically infer this connectivity and analyze the resulting properties of the associated complex networks. Surprisingly enough, in contrast to what has been reported for many biological networks, the clustered neuronal cultures present assortative mixing connectivity values, meaning that there is a preference for clusters to link to other clusters that share similar functional connectivity, as well as a rich-club core, which shapes a"connectivity backbone" in the network. These results point out that the grouping of neurons and the assortative connectivity between clusters are intrinsic survival mechanisms of the culture.

Evaluation of molecular, cellular and behavioral consequences of serotonin 1A receptor deletion

In 1998, three different research groups simultaneously reported increased anxiety-related behavior in tests of conflict in their serotonin 1a (5-HT1a) receptor knockout (KO) line with male mice being more severely affected by 5-HT1a receptor deletion than female KO. Similarly, in the hippocampus, we observed increased dendritic complexity in the stratum radiatum of CA1 pyramidal neurons in male but not in female 5-HT1a receptor KO mice. These observations prompted us to investigate gender- dependent differences of 5-HT1a receptor deletion in hippocampal-related behavioral tasks. Testing our mice in anxiety-related paradigms, we reproduced the original studies showing increased anxiety- related behavior in male 5-HT1a receptor KO mice when compared to male WT mice, but no difference between female 5-HT1a receptor KO and WT mice. Similarly, male 5-HT1a receptor KO mice were impaired in association of aversive stimuli fear conditioning paradigms. We argue that increased dendritic complexity and increased synaptic strength of CA3-CA1 synapses in the stratum radiatum impaired proper signal propagation attributed to overactivation of CA1 pyramidal neurons leading to impaired fear memory of male 5-HT1a receptor KO mice. Similar mechanisms in the ventral hippocampus are likely to have contributed to gender-dependent differences in anxiety-related behavior in our and the original studies from 1998. In this study, we started to shed light on the 5-HT1a receptor downstream signaling pathways involved in dendritogenesis of pyramidal neurons during early postnatal development. We could show that NR2B-containing NMDA receptor during development acts downstream of 5-HT1a receptor and is responsible for increased amount of branching in male 5-HT1a receptor KO mice. Conversely, protein and NR2B mRNA expression was increased in 5-HT1a receptor KO mice at P15. Although the exact signaling cascade of 5-HT1a receptor regulating NR2B-containing NMDA receptor has not been determined, CaMKII is a potential downstream effector to influence transportation and removal of NR2B-containing NMDA receptors to and from the synapse. In contrast, Erk1/2 likely acts downstream of NR2B-containing NMDA receptors and was shown to be sufficient to regulate dendritic branching. Moreover, increased NR2B-containing NMDA receptor mediated cell death via excitotoxicity during development and is likely to be involved in reduced survival of adult born neurons in the hippocampus of 5-HT1a receptor KO male. The convergence of 5-HT1a receptor signaling onto NR2B-containing NMDA receptor signaling enables estrogen to interfere with its downstream pathway via G-protein coupled estrogen receptor 1 activation resulting in normalization of branching and behavior in female 5-HT1a receptor mice. In conclusion, our data strongly suggests a hormone- regulated mechanism that by converging on NR2B-containing NMDA receptor signaling is able to normalize morphology of pyramidal neurons and behavior of female 5-HT1a receptor KO mice. Our findings provide a possible explanation for gender-dependent differences in the occurrence of mental disorders with 5-HT1a receptor abnormalities as a strong predisposing factor. -- En 1998, trois équipes de recherche ont décrit un comportement de type anxieux dans des tests de conflit pour leur souris transgéniques avec une délétion du gène pour le récepteur 5-HT1a de la sérotonine. De plus, les trois groupes rapportent un phénotype plus sévère pour le comportement anxieux chez les souris transgéniques mâles que femelles. Dans l'hippocampe, la région avec la densité de récepteur 5-HT1a la plus élevée dans le télencéphale, nous avons observé dans le stratum radiatum une complexité accrue des arborisations dendritiques des neurones pyramidaux du secteur CA1 chez les souris transgénique mâles mais pas chez les femelles. Cette observation nous a encouragés à initier cette étude sur les différences en fonction du genre utilisant les tests comportementaux en rapport avec les fonctions de l'hippocampe chez les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a.Testant nos souris avec des paradigmes associés à l'anxiété, nous avons reproduit les données originales montrant que les souris transgéniques mâles ont un phénotype plus sévère que les souris mâles sauvages, mais qu'aucune différence n'est observée entre les femelles sauvages et transgéniques. De même, les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a sont handicapées dans les tests de conditionnement au stress avec des stimuli aversifs. Nous faisons l'hypothèse que l'augmentation de la complexité de l'arborisation dendritique et l'augmentation de la force du signal synaptique entres les régions CA3 et CA1 de l'hippocampe dans le stratum radiatum perturbe la propagation du signal nerveux qui conduit à l'hyperactivation des neurones du secteur CA1. Ceci conduit à une mémoire de stress altérée chez les souris mâles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Un mécanisme similaire dans l'hippocampe ventral contribue probablement aux différences en fonction du genre dans les tests pour le comportement de type anxieux qui ont été rapportés dans les études originales de 1998. Les mesures de protéine et de mRNA ont mis en évidence une augmentation de l'expression du récepteur NMDA contenant la sous- unité NR2B dans les souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a à P15. Dans les cultures organotypiques d'hippocampe, nous avons commencé à disséquer les messagers secondaires à l'activation du récepteur 5-HT1a qui sont impliqués dans la régulation de la croissance dendritique des neurones pyramidaux pendant la période postnatale précoce. Nous avons démontré que les récepteurs NR2B sont en aval de l'activation du récepteur 5-HT1a et qu'ils sont impliqués dans l'accroissement du nombre de dendrites chez la souris mâle déficiente pour le récepteur 5-HT1a. Bien que la cascade de signalisation du récepteur 5-HT1a pour réguler les récepteurs NMDA contenant le NR2B ne soit pas établie, CaMKII est identifié comme un effecteur potentiel pour altérer le transport du récepteur NMDA à la synapse. D'autre part, Erk1/2 est probablement un messager en aval du NR2B du récepteur NMDA, et a été documenté comme suffisant pour réguler l'arborisation dendritique. L'augmentation de NR2B à la synapse des souris déficientes pour le récepteur 5-HT1a peut conduire à une augmentation de l'excitotoxicité dans les cellules. Nous avons observé une augmentation chez la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a de la mort cellulaire dans des tranches d'hippocampe stimulées, ce qui peut être en relation avec la réduction de la survie des neurones générés dans l'hippocampe de la souris mâle transgénique adulte par rapport à la souris mâle sauvage. De plus, la convergence de la signalisation du récepteur 5-HT1a sur la signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet à l'oestrogène d'interférer avec sa voie de signalisation du récepteur de l'oestrogène couplé à une protéine G (GPER-1), ceci permettant à l'oestrogène de réduire la taille de l'arborisation des neurones pyramidaux de CA1 chez la femelle de la souris déficiente pour le récepteur 5-HT1a. En conclusion, nos observations suggèrent fortement qu'un mécanisme hormonal convergeant sur la voie de signalisation de la sous-unité NR2B du récepteur NMDA permet la normalisation de l'exubérance des dendrites des neurones CA1 de l'hippocampe et du comportement des souris femelles déficientes pour le récepteur 5-HT1a. Ceci donne une explication possible pour la différence en fonction du genre dans l'apparition de troubles mentaux avec les variations du récepteur 5-HT1a comme facteur de prédisposition important.

The Armc10/SVH gene: Genome context, regulation of mitochondrial dynamics and protection against Aβ-induced mitochondrial fragmentation

Mitochondrial function and dynamics are essential for neurotransmission, neural function and neuronal viability. Recently, we showed that the eutherian-specific Armcx gene cluster (Armcx1-6 genes), located in the X chromosome, encodes for a new family of proteins that localise to mitochondria, regulating mitochondrial trafficking. The Armcx gene cluster evolved by retrotransposition of the Armc10 gene mRNA, which is present in all vertebrates and is considered to be the ancestor gene. Here we investigate the genomic organisation, mitochondrial functions and putative neuroprotective role of the Armc10 ancestor gene. The genomic context of the Armc10 locus shows considerable syntenic conservation among vertebrates, and sequence comparisons and CHIP-data suggest the presence of at least three conserved enhancers. We also show that the Armc10 protein localises to mitochondria and that it is highly expressed in the brain. Furthermore, we show that Armc10 levels regulate mitochondrial trafficking in neurons, but not mitochondrial aggregation, by controlling the number of moving mitochondria. We further demonstrate that the Armc10 protein interacts with the KIF5/Miro1-2/Trak2 trafficking complex. Finally, we show that overexpression of Armc10 in neurons prevents A beta-induced mitochondrial fission and neuronal death. Our data suggest both conserved and differential roles of the Armc10/Armcx gene family in regulating mitochondrial dynamics in neurons, and underscore a protective effect of the Armc10 gene against A beta-induced toxicity. Overall, our findings support a further degree of regulation of mitochondrial dynamics in the brain of more evolved mammals.

The Armc10/SVH gene: Genome context, regulation of mitochondrial dynamics and protection against Aβ-induced mitochondrial fragmentation

Mitochondrial function and dynamics are essential for neurotransmission, neural function and neuronal viability. Recently, we showed that the eutherian-specific Armcx gene cluster (Armcx1-6 genes), located in the X chromosome, encodes for a new family of proteins that localise to mitochondria, regulating mitochondrial trafficking. The Armcx gene cluster evolved by retrotransposition of the Armc10 gene mRNA, which is present in all vertebrates and is considered to be the ancestor gene. Here we investigate the genomic organisation, mitochondrial functions and putative neuroprotective role of the Armc10 ancestor gene. The genomic context of the Armc10 locus shows considerable syntenic conservation among vertebrates, and sequence comparisons and CHIP-data suggest the presence of at least three conserved enhancers. We also show that the Armc10 protein localises to mitochondria and that it is highly expressed in the brain. Furthermore, we show that Armc10 levels regulate mitochondrial trafficking in neurons, but not mitochondrial aggregation, by controlling the number of moving mitochondria. We further demonstrate that the Armc10 protein interacts with the KIF5/Miro1-2/Trak2 trafficking complex. Finally, we show that overexpression of Armc10 in neurons prevents A beta-induced mitochondrial fission and neuronal death. Our data suggest both conserved and differential roles of the Armc10/Armcx gene family in regulating mitochondrial dynamics in neurons, and underscore a protective effect of the Armc10 gene against A beta-induced toxicity. Overall, our findings support a further degree of regulation of mitochondrial dynamics in the brain of more evolved mammals.

Estudio del desarrollo y conectividad de las neuronas vasotocinérgicas en el prosencéfalo de pollo

En este Trabajo de Fin de Grado se estudia el origen embrionario de las distintas poblaciones neuronales que forman la amígdala medial extendida. La amígdala es una estructura del cerebro anterior involucrada en otorgar un significado emocional a los estímulos ambientales y en el control de distintos aspectos del comportamiento social (p.ej. comportamientos sexual, maternal, agresivo y afiliativo). Ante dichos estímulos, la amígdala pone en marcha una serie de reacciones de carácter motor, autonómico y endocrino que constituyen la respuesta emocional. Algunos desórdenes de carácter neuropsiquiátrico en humanos están relacionados con una disfunción en el control de las emociones y del comportamiento social, y varios de ellos se asocian a alteraciones en el desarrollo de la amígdala. El objetivo del presente trabajo ha sido investigar el origen de las neuronas de la amígdala medial extendida en embriones de pollo (E15 y E18) mediante ensayos de inmunocitoquímica, técnica utilizada para localizar las células que contienen el neuropéptido vasotocina (AVT) y proteínas reguladoras del desarrollo (la producida a partir del gen Otp) para ayudar en la delimitación de los distintos dominios embrionarios del prosencéfalo y distintas subdivisiones de la amígdala extendida. Los resultados de estos ensayos se combinaron con ensayos de trazado de conexiones para analizar la conectividad de las neuronas vasotocinérgicas de esta estructura. Los resultados obtenidos sugieren que las neuronas AVT-positivas podrían derivar del dominio Supra-Opto-Paraventricular (SPV), y algunas poblaciones alcanzarían su posición definitiva dentro del propio dominio por migración radial, mientras que otras invadirían otros dominios cerebrales por migración tangencial. En conclusión, la investigación proporciona importantes datos que clarifican aspectos relevantes del desarrollo y organización adulta de la amígdala extendida, y ayuda a establecer las bases para una mejor comprensión del control neural de las emociones y el comportamiento social en condiciones normales y patológicas.

A feed-forward spiking model of shape-coding by IT cells

The ability to recognize a shape is linked to figure-ground (FG) organization. Cell preferences appear to be correlated across contrast-polarity reversals and mirror reversals of polygon displays, but not so much across FG reversals. Here we present a network structure which explains both shape-coding by simulated IT cells and suppression of responses to FG reversed stimuli. In our model FG segregation is achieved before shape discrimination, which is itself evidenced by the difference in spiking onsets of a pair of output cells. The studied example also includes feature extraction and illustrates a classification of binary images depending on the dominance of vertical or horizontal borders.

Neuronal activity controls the antagonistic between PGC-1α and SMRT in regulating antioxidant defences

Transcriptional coactivators and corepressors often have multiple targets and can have opposing actions on transcription and downstream physiological events. The coactivator peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator (PGC)-1α is under-expressed in Huntington's disease and is a regulator of antioxidant defenses and mitochondrial biogenesis. We show that in primary cortical neurons, expression of PGC-1α strongly promotes resistance to excitotoxic and oxidative stress in a cell autonomous manner, whereas knockdown increases sensitivity. In contrast, the transcriptional corepressor silencing mediator of retinoic acid and thyroid hormone receptors (SMRT) specifically antagonizes PGC-1α-mediated antioxidant effects. The antagonistic balance between PGC-1α and SMRT is upset in favor of PGC-1α by synaptic activity. Synaptic activity triggers nuclear export of SMRT reliant on multiple regions of the protein. Concommitantly, synaptic activity post-translationally enhances the transactivating potential of PGC-1α in a p38-dependent manner, as well as upregulating cyclic-AMP response element binding protein-dependent PGC-1α transcription. Activity-dependent targeting of PGC-1α results in enhanced gene expression mediated by the thyroid hormone receptor, a prototypical transcription factor coactivated by PGC-1α and repressed by SMRT. As a consequence of these events, SMRT is unable to antagonize PGC-1α-mediated resistance to oxidative stress in synaptically active neurons. Thus, PGC-1α and SMRT are antagonistic regulators of neuronal vulnerability to oxidative stress. Further, this coactivatorcorepressor antagonism is regulated by the activity status of the cell, with implications for neuronal viability.