The Australian Universities Teaching Committee project in 'Learning Outcomes and Curriculum Development in Psychology'

The Australian Universities Teaching Committee (AUTC) funds projects intended to improve the quality of teaching and learning in specific disciplinary areas. The project brief for 'Learning Outcomes and Curriculum Development in Psychology' for 2004/2005 was to 'produce an evaluative overview of courses ... with a focus on the specification and assessment of learning outcomes and ... identify strategic directions for universities to enhance teaching and learning'. This project was awarded to a consortium from The University of Queensland, University of Tasmania, and Southern Cross University. The starting point for this project is an analysis of the scientist-practitioner model and its role in curriculum design, a review of current challenges at a conceptual level, and consideration of the implications of recent changes to universities relating to such things as intemationalisation of programs and technological advances. The project will seek to bring together stakeholders from around the country in order to survey the widest possible range of perspectives on the project brief requirements. It is hoped also to establish mechanisms for fiiture scholarly discussion of these issues, including the establishment of an Australian Society for the Teaching of Psychology and an annual conference.

The development of a rat model of erectile dysfunction after radical prostatectomy: preliminary findings

To develop a rat model of erectile dysfunction (ED) after cavernous nerve injury. Given the great similarity between the anatomical structure of the cavernous nerve in rats and humans, 24 rats underwent dissections and the cavernous nerves were identified with the aid of an operating microscope. Then the rats were randomized into two groups: sham-operated controls and a bilateral cavernous nerve section group. At 3 months after surgery, the rats were evaluated for their response to an apomorphine challenge. The erectile response after an apomorphine challenge was normal in all the control rats, while there were no erections in the bilateral injured group. The rat major autonomic ganglion and its cavernous nerve can be identified with the aid of a microscope. Rats are inexpensive and easy to handle, thus a good animal for developing an ED model of cavernous nerve injury. In the present study, the rats with cavernous nerve injury lost erectile capacity in a reliable and reproducible fashion. Because of the great similarity between the cavernous nerve of rats and humans, one may consider this technique as a reliable experimental model for studying ED after radical prostatectomy.

A compartmental model of hepatic disposition kinetics: 1. Model development and application to linear kinetics

The conventional convection-dispersion model is widely used to interrelate hepatic availability (F) and clearance (Cl) with the morphology and physiology of the liver and to predict effects such as changes in liver blood flow on F and Cl. The extension of this model to include nonlinear kinetics and zonal heterogeneity of the liver is not straightforward and requires numerical solution of partial differential equation, which is not available in standard nonlinear regression analysis software. In this paper, we describe an alternative compartmental model representation of hepatic disposition (including elimination). The model allows the use of standard software for data analysis and accurately describes the outflow concentration-time profile for a vascular marker after bolus injection into the liver. In an evaluation of a number of different compartmental models, the most accurate model required eight vascular compartments, two of them with back mixing. In addition, the model includes two adjacent secondary vascular compartments to describe the tail section of the concentration-time profile for a reference marker. The model has the added flexibility of being easy to modify to model various enzyme distributions and nonlinear elimination. Model predictions of F, MTT, CV2, and concentration-time profile as well as parameter estimates for experimental data of an eliminated solute (palmitate) are comparable to those for the extended convection-dispersion model.

The international implications of the Chinese model of development in the Global South: Asian Consensus as a network power

This paper analyzes People's Republic of China (PRC) economic and political ascendance in the 21st century focusing on the evolution of the sui generis economic development model and its significances of the evolution of relationship between China and the developing countries in the peripheral "Global South." The objective of this article is to analyze the relationship between China and the Global South (Africa and South America) in the 21st century, characterized as a new Center-periphery global network power based on trade and investment that we call as "Asian Consensus."

Development of glycopeptide-intermediate resistance by Staphylococcus aureus leads to attenuated infectivity in a rat model of endocarditis.

Glycopeptide-intermediate resistant Staphylococcus aureus (GISA) are characterized by multiple changes in the cell wall and an altered expression of global virulence regulators. We investigated whether GISA are affected in their infectivity in a rat model of experimental endocarditis. The glycopeptide-susceptible, methicillin-resistant S. aureus M1V2 and its laboratory-derived GISA M1V16 were examined for their ability to (i) adhere to fibrinogen and fibronectin in vitro, (ii) persist in the bloodstream after intravenous inoculation, (iii) colonize aortic vegetations in rats, and (iv) compete for valve colonization by co-inoculation. Both GISA M1V16 and M1V2 adhered similarly to fibrinogen and fibronectin in vitro. In rats, GISA M1V16 was cleared faster from the blood (P < 0.05) and required 100-times more bacteria than parent M1V2 (10(6) versus 10(4)CFU) to infect 90% of vegetations. GISA M1V16 also had 100 to 1000-times lower bacterial densities in vegetations. Moreover, after co-inoculation with GISA M1V16 and M1V2Rif, a rifampin-resistant variant of M1V2 to discriminate them in organ cultures, GISA M1V16 was out-competed by the glycopeptide-susceptible counterpart. Thus, in rats with experimental endocarditis, GISA showed an attenuated virulence, likely due to a faster clearance from the blood and a reduced fitness in cardiac vegetations. The GISA phenotype appeared globally detrimental to infectivity.

The use of the murine model of infection with Leishmania major to reveal the antagonistic effects that IL-4 can exert on T helper cell development and demonstrate that these opposite effects depend upon the nature of the cells targeted for IL-4 signaling.

In contrast to mice from the majority of inbred strains, BALB mice develop aberrant Th2 responses and suffer progressive disease after infection with Leishmania major. These outcomes depend on the production of Interleukin 4, during the first 2 d of infection, by CD4+ T cells that express the Vbeta4-Valpha8 T cell receptors specific for a dominant I-A(d) restricted epitope of the LACK antigen from L. major. In contrast to this well established role of IL-4 in Th2 cell maturation, we have recently shown that, when limited to the initial period of activation of dendritic cells by L. major preceding T cell priming, IL-4 directs DCs to produce IL-12, promotes Th1 cell maturation and resistance to L. major in otherwise susceptible BALB/c mice. Thus, the antagonistic effects that IL-4 can have on Th cell development depend upon the nature of the cells (DCs or primed T cells) targeted for IL-4 signaling.

Development of a coculture model of encapsulated cells.

In the whole animal, metabolic regulations are set by reciprocal interactions between various organs, via the blood circulation. At present, analyses of such interactions require numerous and uneasily controlled in vivo experiments. In a search for an alternative to in vivo experiments, our work aims at developing a coculture system in which different cell types are isolated in polymer capsules and grown in a common environment. The signals exchanged between cells from various origins are, thus, reproducing the in vivo intertissular communications. With this perspective, we evaluated a new encapsulation system as an artificial housing for liver cells on the one hand and adipocytes on the other hand. Murine hepatocytes were encapsulated with specially designed multicomponent capsules formed by polyelectrolyte complexation between sodium alginate, cellulose sulphate and poly(methylene-coguanidine) hydrochloride, of which the permeability has been characterized. We demonstrated the absence of cytotoxicity and the excellent biocompatibility of these capsules towards primary culture of murine hepatocytes. Encapsulated hepatocytes retain their specific functions--transaminase activity, urea synthesis, and protein secretion--during the first four days of culture in minimum medium. Mature adipocytes, isolated from mouse epidydimal fat, were embedded in alginate beads. Measurement of protein secretion shows an identical profile between free and embedded adipocytes. We finally assessed the properties of encapsulated hepatocytes, cryopreserved over a periods of up to four months. The perspective of using encapsulated cells in coculture are discussed, since this system may represent a promising tool for fundamental research, such as analyses of drug metabolism, intercellular regulations, and metabolic pathways, as well as for the establishment of a tissue bank for storage and supply of murine hepatocytes.

Influence of the in vivo deregulation of the expression of ntrk3 (trkc) on cortical development of a murine model of panic/anxiety disorder

Alteracions durant el desenvolupament cerebral produirien canvis en la connectivitat neuronal i la bioquímica cel•lular que podrien resultar en una disfunció cognitiva i/o emocional, desembocant a trastorns psiquiàtrics. Les neurotrofines intervenen en els processos del neurodesenvolupament i en la funcionalitat del cervell adult i, conseqüentment, serien bons candidats com a factors de predisposició en diverses malalties mentals. S’ha suggerit la implicació del receptor de la neurotrofina 3, TrkC, en el trastorn de pànic. Nosaltres proposem que la sobreexpressió del gen NTRK3 (TrkC) és un mediador comú dels desencadenants genètics i ambientals d’aquest trastorn. Concretament, la seva desregulació podria produir canvis estructurals i funcionals a l’escorça cerebral dels pacients pel seu paper durant l’establiment dels circuïts corticals i la neuroplasticitat a l’adult, probablement esdevenint elements de predisposició a patir atacs de pànic. Els objectius principals d’aquest treball han estat: 1/determinar la contribució específica del gen NTRK3 a les alteracions de l’escorça cerebral observades en pacients, utilitzant un model murí modificat genèticament (TgNTRK3), i 2/analitzar l’impacte específic de la sobreexpressió de NTRK3 sobre la corticogènesi durant estadis embrionaris o postnatals estudiant la neurogènesi i la neuritogènesi. Els resultats indiquen que la sobreexpressió de NTRK3 als ratolins produeix una reducció del gruix de l’escorça frontal, recapitulant la hipofrontalitat dels pacients, que comportaria una menor inhibició dels nuclis subcorticals del sistema límbic com l’amígdala, i alteracions citoarquitectòniques a l’escorça prefrontal medial que recolzen la hipòtesi del seu mal funcionament. Tanmateix, els ratolins TgNTRK3 presenten canvis estructurals a l’escorça somatosensorial, suggerint que el processament de la informació sensorial podria estar alterat, el que encara no s’ha explorat en pacients. La sobreexpressió de NTRK3 també afecta la neuritogènesi en cultius primaris corticals i modifica la resposta de les neurones a l’estimulació amb neurotrofines. Per tant, el fenotip cortical adult dels TgNTRK3 podria dependre d’alteracions durant la corticogènesi.

Development and experimental validation of a finite element model of total ankle replacement.

Total ankle replacement remains a less satisfactory solution compared to other joint replacements. The goal of this study was to develop and validate a finite element model of total ankle replacement, for future testing of hypotheses related to clinical issues. To validate the finite element model, an experimental setup was specifically developed and applied on 8 cadaveric tibias. A non-cemented press fit tibial component of a mobile bearing prosthesis was inserted into the tibias. Two extreme anterior and posterior positions of the mobile bearing insert were considered, as well as a centered one. An axial force of 2kN was applied for each insert position. Strains were measured on the bone surface using digital image correlation. Tibias were CT scanned before implantation, after implantation, and after mechanical tests and removal of the prosthesis. The finite element model replicated the experimental setup. The first CT was used to build the geometry and evaluate the mechanical properties of the tibias. The second CT was used to set the implant position. The third CT was used to assess the bone-implant interface conditions. The coefficient of determination (R-squared) between the measured and predicted strains was 0.91. Predicted bone strains were maximal around the implant keel, especially at the anterior and posterior ends. The finite element model presented here is validated for future tests using more physiological loading conditions.

The role of Toll-like Receptor (TLR) 9 in the development of a T-helper (Th)1/Th2 response in the murine model of infection with " Leishmania major "

1.1 SUMMARY The role of the non-specific innate immune system is as important as the elaboration of the adaptive immune system in the initiation of an immune response to pathogens. The role of the Toll-like receptors (TLRs) in the innate immune response to virus and bacterial pathogens is widely recognised, however, little is known about the role of TLRs in host defence against eukaryotic pathogens. Immunologic investigations on the marine model of infection with Leishmania major (L. major) have correlated the outcome of the disease with expansion of different subsets of CD4+ cells, designated Th1 and Th2. The resistance of C57BL/6, CBA and C3H/He mice is linked with an IL-12 driven Th1 response. In BALB/c mice the susceptibility correlates with an IL-4 driven Th2 response. The initial event promoting the development of a Th1 or Th2 response still remains elusive. Recently, the contribution of the TLR signalling pathway in the innate and acquired immune response to infection with the intracellular protozoan parasite L. major has been demonstrated. Thus, the purpose of this study is to determine whether TLRs may play a role in influencing the outcome of the infection by directing the development of a Th1 or a Th2 response during infection with L, major parasites, in resistant C57BL/6 and susceptible BALB/c mice, respectively. We demonstrated that MyD88, the major TLR adaptor molecule is necessary for C57BL/6 to develop a resistant Th1 response following L. major infection. Our data show the essential role of MyD88 in the establishment of a protective Th1 response. We subsequently aimed to determine which TLRs may be involved in the protective response. Since TLR2 and TLR4 have shown to have a potential role for Leishmania recognition, we analysed the course of infection in TLR2 and TLR4 deficient mice on a C57BL/6 resistant background following L. major infection. Our results clearly demonstrate that TLR2 or TLR4 aze dispensable to control the outcome of the disease as the TLR2 and TLR4 knockout mice developed a protective Th1 response. With the aim of determining a potential TLR candidate important in the initiation of the Thl response, we assessed the mRNA expression of different TLRs (TLR1 to TLR9) using quantitative real-time RT-PCR at different time points during the first week of infection. The results clearly showed an upregulation of TLR7 and TLR9 mRNA expression during the early phase of infection in resistant C57BL/6 mice but not in susceptible BALB/c mice. To provide in vivo evidence for the role for, these TLRs in the outcome of cutaneous leishmaniasis, studies using TLR7 and TLR9 deficient mice on a resistant C57BL/6 background were performed. The TLR7 deficient mice developed a resistance phenotype that was comparable with C57BL/6 wild type mice. Thus, the presence of TLR7 is not indispensable for the development of a Th1 response and resistance to infection. On the contrary, TLR9 deficient mice on the C57BL/6 resistant background showed high variability in the outcome of the disease. Although some mice behave as resistant C57BL/6 mice, half of them developed high lesion following infection and showed a decrease in IFN-γ production and an increase in IL-4 as compared to wild type mice. These results suggest that TLR9 may be involved in the control of infection. To test the hypothesis that regulatory T cells (Treg) are playing a role in the high variability in the disease outcome in TLR9 deficient mice, depletion of CD4+CD25+ T cells with a specific antibody three days before infection with L. major were performed Interestingly, these treated mice developed large lesions, low IL-4 and decreased IFN-γ producion when compared to untreated mice. A better understanding of the mechanism by which Treg cells influence the outcome of the disease in TLR9 deficient mice following L. major infection is currently under investigation. Altogether, this study demonstrates the importance of TLR9 in the induction of a protective T'h1 response, a process that is involved in the resolution of the lesion induced by L. major infection. 1.2 RÉSUMÉ Le rôle de la réponse immunitaire innée a longtemps été négligé quant à l'impact qu'elle pourrait avoir dans l'initiation d'une réponse immune adaptative efficace dirigée contre un pathogène. Si l'importance des récepteurs Toll-like (TLR) du système inné dans la reconnaissance des virus et bactéries a été démontrée, son rôle dans la défense contre les pathogènes eucaryotes reste encore très élusif. Récemment, il a été montré que les voies de signalisation provenant de l'activation des TLRs pouvaient initier la réponse immunitaire innée et adaptative après une infection avec le parasite protozoaire Leishmania major (L. major). Dans un modèle marin d'infection avec L. major alors que la plupart des souches de souris telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1) induite par IL-12, peu de souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse Th2 induite par IL-4. La différentiation Th1/Th2 est un événement qui prend place de manière définitive lors de la première semaine après infection. Les événements précoces promouvant le développement d'une réponse Th1 ou Th2 n'étant pas connus, l'objectif de ce travail a été de démontrer un rôle des TLRs dans l'initiation d'une réponse immune innée et adaptative suite à l'infection par L. major. Nous avons démontré que MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, est nécessaire pour que les souris résistantes C57BL/6 développent une réponse Th1 protectrice. L'importance du rôle de TLR2 et TLR4 dans la reconnaissance du parasite Leishmania ayant été démontrée, nous avons privilégié l'analyse de la réponse immunitaire suite à une infection in vivo de souris déficiente en TLR2 ou TLR4 sur un fond génétique résistant. Les résultats obtenus montrent que la présence de ces récepteurs n'est pas indispensable pour le contrôle de l'infection et la polarisation d'une réponse Th1 caractéristique de la résistance à L. major. Cependant d'autres TLRs peuvent aussi activer la voie de signalisation MyD88 dépendante. L'expression de l'ARNm des différents TLRs dans les ganglions drainant de souris sensibles et résistantes pendant la première semaine d'infection a été déterminée par PCR quantitative en temps réel. Les résultats obtenus montrent que l'ARNm de TLR7 et TLR9 était régulé positivement suite à l'infection par L. major chez les souris résistantes C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était détectable chez les souris sensibles BALB/c. Le rôle des récepteurs TLR7 et TLR9 a donc été évalué par l'infection par L. major des souris déficientes en TLR7 et TLR9 sur fond génétique C57BL/6. Nos résultats ont clairement démontré que les souris déficientes en TLR7 montrent une réponse immunitaire identique à celle des souris résistantes C57BL/6, signifiant que TLR7 n'est pas indispensable au développement d'une Th1 ainsi qu'au contrôle de la parasitémie. Paz contre, les souris déficientes en TLR9 sur un fond génétique résistant ont montré une grande variabilité dans la réponse à l'infection. En effet, la moitié des souris deviennent sensibles à l'infection, ceci étant associé à une diminution dans la production d'IFN-γ et à une augmentation de la production d'IL-4. Ces résultats suggèrent que TLR9 est impliqué dans le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Cependant les résultats avec les souris déficientes en TLR9 montrant une grande hétérogénéité et une balance Th1/Th2 instable, nous avons émis l'hypothèse que les cellules T régulatrices pouvaient être impliquées dans ce phénomène. Nous avons effectivement constaté qu'après déplétion des cellules CD4+CD25+, les souris déficientes en TLR9 développent des lésions aussi grandes que les souris BALB/c après infection par L. major. Cependant le nombre de parasites reste le même que chez les souris C57BL/6. De plus la production d'IL-4 ainsi que celle d'IFN-γ reste extrêment bas. Les mécanismes régulateurs impliqués dans ce processus sont en cours d'analyse. Ce travail met en évidence l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. 1.3 RESUME POUR UN LARGE PUBLIC La leishmaniose est une maladie parasitaire répandue dans le monde entier et touchant plus de 88 pays. L'incidence mondiale de la leishmaniose cutanée et de 1 à 1,5 million de nouveaux cas par année. Plus de 12 millions de personnes sont affectées par la maladie et 350 millions de personnes sont une population à risque. Un modèle marin d'infection avec Leishmania major (L. major) a été établi qui reproduit plusieurs tableaux cliniques observés dans le cas de la leishmaniose cutanée chez l'homme. L'analyse de la réponse immunitaire dans les souris infectées par L. major a permis de distinguer deux groupes : les souris de la plupart des souches telles que C57BL/6 sont résistantes à l'infection et développent une réponse immunitaire de type T helper 1 (Th1), alors que quelques souches dont les BALB/c sont sensibles et développent une réponse de type Th2. La réponse immune adaptative dans le modèle d'infection avec L. major à été largement étudiée. Cependant, les événements précoces déterminants pour le développement d'une réponse Th1 ou Th2 restent encore très flous. Récemment, plusieurs publications ont montré que les récepteurs Toll-like (TLR) peuvent contribuer à l'initiation de la réponse immunitaire lors d'une infection avec le parasite intracellulaire L. major. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié le rôle de MyD88, une molécule importante dans le processus de signalisation des TLRs, dans la réponse immune suite à une infection avec L. major. En l'absence de MyD88, les souris normalement résistantes à l'infection avec L. major deviennent sensibles et développent des lésions importantes. Ces souris ne sont plus capables de développer une réponse Thl, normalement caractéristique de leur phénotype résistant. Nous avons ensuite tenté de comprendre quels TLRs, plus précisément, pouvait être impliqué dans ce processus. Malgré quelques évidences démontrant que TLR2 et TLR4 pouvaient avoir un rôle important dans l'initiation d'une réponse immunitaire adaptative à Leishmania, nous avons montré que, in vivo après infection avec L. major, la déficience d'un de ces récepteurs n'était pas suffisante à faire basculer la réponse immunitaire. Les souris C57BL/6 déficient en TLR2 ou TLR4 peuvent parfaitement contrôler l'évolution de la maladie. De plus, ces souris, malgré l'absence de TLR2 ou TLR4, sont capables de monter une parfaite réponse Thl. Etant donné que TLR2 et TLR4 n'étaient pas essentiels pour la résistance à la maladie, nous avons analysé les TLRs, parmi les 12 décrits qui pouvaient être indispensables au développement d'une réponse de type Th1 associée à la résistance à l'infection par Leishmania. Nos expériences ont montré que l'expression de l'ARN messager (ARNm) de TLR7 et TLR9 était modulée suite à l'infection par L. major chez la souris résistante C57BL/6 alors qu'aucune modulation n'était visible chez les souris sensible BALB/c. Pensant que ces TLRs pourraient jouer un rôle dans la réponse immunitaire au parasite, nous avons étudié l'évolution de l'infection dans les souris déficientes en TLR7 et TLR9. Nos résultats ont clairement démontré que TLR7 n'était pas indispensable à la résistance au parasite alors que l'absence de TLR9 avait des conséquences radicales sur le contrôle de la lésion et de la réponse immunitaire suite à l'infection avec L. major. Ce travail révèle ainsi l'importance du TLR9 dans le développement d'une réponse Th1 lors d'une infection avec L. major, un processus nécessaire pour la résistance à l'infection. Il est a noté que nos résultats sont en accord avec le fait que les motifs CpG, qui sont des immunostimulateurs interagissant avec le TLR9, ont une activité adjuvante importante dans la préparation de vaccins contre la leishmaniose. Une meilleure compréhension des mécanismes immunologiques impliquant le TLR9 dans la reconnaissance du parasite est alors indispensable pour le développement de vaccins thérapeutiques efficaces.

Towards Integrated Governance of Landscape Development : The Swiss Model of Regional Nature Parks

Coherent regulation of landscape as a resource is a major challenge. How can the development interests of some actors (eg cable car operators and property developers) be reconciled with those of others (agriculture, forestry) and with conservation of biodiversity and scenic value? To help understand how the newly introduced Regional Nature Parks (RNPs) can improve the coherence of the regulation regime in Switzerland, we highlight current direct mechanisms for regulation of landscape as a resource (bans, inventories, subsidies) as well as indirect mechanisms (taking place through the regulation of the physical basis of landscapes, eg forest, land, and water planning policies). We show that RNPs are fundamentally innovative because they make it possible to manage and coordinate indirect strategies for appropriate regulation of resources at a landscape scale. In other words, RNPs enable organization of governance of landscape as a resource in a perimeter that is not necessarily restricted to administrative boundaries.

Metabolic alterations and increased liver mTOR expression precede the development of autoimmune disease in a murine model of lupus erythematosus

Although metabolic syndrome (MS) and systemic lupus erythematosus (SLE) are often associated, a common link has not been identified. Using the BWF1 mouse, which develops MS and SLE, we sought a molecular connection to explain the prevalence of these two diseases in the same individuals. We determined SLE- markers (plasma anti-ds-DNA antibodies, splenic regulatory T cells (Tregs) and cytokines, proteinuria and renal histology) and MS-markers (plasma glucose, non-esterified fatty acids, triglycerides, insulin and leptin, liver triglycerides, visceral adipose tissue, liver and adipose tissue expression of 86 insulin signaling-related genes) in 8-, 16-, 24-, and 36-week old BWF1 and control New-Zealand-White female mice. Up to week 16, BWF1 mice showed MS-markers (hyperleptinemia, hyperinsulinemia, fatty liver and visceral adipose tissue) that disappeared at week 36, when plasma anti-dsDNA antibodies, lupus nephritis and a pro-autoimmune cytokine profile were detected. BWF1 mice had hyperleptinemia and high splenic Tregs till week 16, thereby pointing to leptin resistance, as confirmed by the lack of increased liver P-Tyr-STAT-3. Hyperinsulinemia was associated with a down-regulation of insulin related-genes only in adipose tissue, whereas expression of liver mammalian target of rapamicyn (mTOR) was increased. Although leptin resistance presented early in BWF1 mice can slow-down the progression of autoimmunity, our results suggest that sustained insulin stimulation of organs, such as liver and probably kidneys, facilitates the over-expression and activity of mTOR and the development of SLE.

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.