Peptides containing glutamine repeats as substrates for transglutaminase-catalyzed cross-linking: Relevance to diseases of the nervous system

Many proteins contain reiterated glutamine residues, but polyglutamine of excessive length may result in human disease by conferring new properties on the protein containing it. One established property of a glutamine residue, depending on the nature of the flanking residues, is its ability to act as an amine acceptor in a transglutaminase-catalyzed reaction and to make a glutamyl–lysine cross-link with a neighboring polypeptide. To learn whether glutamine repeats can act as amine acceptors, we have made peptides with variable lengths of polyglutamine flanked by the adjacent amino acid residues in the proteins associated with spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1), Machado–Joseph disease (SCA3), or dentato-rubral pallido-luysian atrophy (DRPLA) or those residues adjacent to the preferred cross-linking site of involucrin, or solely by arginine residues. The polyglutamine was found to confer excellent substrate properties on any soluble peptide; under optimal conditions, virtually all the glutamine residues acted as amine acceptors in the reaction with glycine ethyl-ester, and lengthening the sequence of polyglutamine increased the reactivity of each glutamine residue. In the presence of transglutaminase, peptides containing polyglutamine formed insoluble aggregates with the proteins of brain extracts and these aggregates contained glutamyl–lysine cross-links. Repeated glutamine residues exposed on the surface of a neuronal protein should form cross-linked aggregates in the presence of any transglutaminase activated by the presence of Ca2+.

Local nitric oxide production in viral and autoimmune diseases of the central nervous system.

Because of the short half-life of NO, previous studies implicating NO in central nervous system pathology during infection had to rely on the demonstration of elevated levels of NO synthase mRNA or enzyme expression or NO metabolites such as nitrate and nitrite in the infected brain. To more definitively investigate the potential causative role of NO in lesions of the central nervous system in animals infected with neurotropic viruses or suffering from experimental allergic encephalitis, we have determined directly the levels of NO present in the central nervous system of such animals. Using spin trapping of NO and electron paramagnetic resonance spectroscopy, we confirm here that copious amounts of NO (up to 30-fold more than control) are elaborated in the brains of rats infected with rabies virus or borna disease virus, as well as in the spinal cords of rats that had received myelin basic protein-specific T cells.

On the diseases and derangements of the nervous system : in their primary forms and in their modifications by age, sex, constitution, hereditary predisposition, excesses, general disorder, and organic disease /

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A manual of diseases of the nervous system.

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A clinical treatise on the diseases of the nervous system,

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The nervous system and its diseases. A practical treatise on neurology for the use of physicians and students.

Bibliographic index: p. 1013-1032.

Atlas of the nervous system, including an epitome of the anatomy, pathology, and treatment,

The plates are accompanied by descriptive letter-press on separate leaves. Some of the plates have also outline diagram.

The diseases of the nervous system,

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EdU, a new thymidine analogue for labelling proliferating cells in the nervous system

The standard method of labelling proliferating cells uses the thymidine analogue, bromodeoxyuridine (BrdU), which incorporates into the DNA during S-phase of the cell cycle. A disadvantage of this method is that the immunochemical processing requires pre-treatment of the cells and tissue with heat or acid to reveal the antigen. This pre-treatment reduces reliability of the method and degrades the specimen, reducing the ability for multiple immuno-fluorescence labelling at high resolution. We report here the utility of a novel thymidine analogue, ethynyl deoxyuridine (EdU), detected with a fluorescent azide via the “click” chemistry reaction (the Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition reaction of an organic azide to a terminal acetylene). The detection of EdU requires no heat or acid treatment and the incorporated EdU is covalently conjugated to fluorescent probe. The reaction is quick and compatible with fluorescence immunochemistry and other fluorescent probes. We show here that EdU is non-toxic in vitro and in vivo and can be used in place of BrdU to label cells during neurogenesis and the progeny identified at least 30 days later. The fluorescent labelling of EdU, markedly improves the detection of proliferating cells and allows concurrent high resolution fluorescence immunochemistry.

The Role of Genes on Chromosome Locus 4q12 in Human Central Nervous System Tumors

Human central nervous system (CNS) tumors are a heterogeneous group of tumors occurring in brain, brainstem and spinal cord. Malignant gliomas (astrocytic and oligodendroglial tumors), which arise from the neuroepithelial cells are the most common CNS neoplasms in human. Malignant gliomas are highly aggressive and invasive tumors, and have a very poor prognosis. The development and progression of gliomas involve a stepwise accumulation of genetic alterations that generally affect either signal transduction pathways activated by receptor tyrosine kinases (RTKs), or cell cycle arrest pathways. Constitutive activation or deregulated signaling by RTKs is caused by gene amplification, overexpression or mutations. The aberrant RTK signaling results in turn in the activation of several downstream pathways, which ultimately lead to malignant transformation and tumor proliferation. Many genetic abnormalities implicated in nervous system tumors involve the genes located at the chromosomal region 4q12. This locus harbors the receptor tyrosine kinases KIT, PDGFRA and VEGFR2, and other genes (REST, LNX1) with neural function. Gene amplification and protein expression of KIT, PDGFRA, and VEGFR2 was studied using clinical tumor material. REST and LNX1, as well as NUMBL, the interaction partner of LNX1, were studied for their gene mutations and amplifications. In our studies, amplification of LNX1 was associated with KIT and PDGFRA amplification in glioblastomas, and coamplification of KIT, PDGFRA and VEGFR2 was detected in medulloblastomas and CNS primitive neuroectodermal tumors. PDGFRA amplification was also correlated with poor overall survival. Coamplification of KIT, PDGFRA and VEGFR2 was observed in a subset of human astrocytic and oligodendroglial tumors. We suggest that genes at 4q12 could be a part of a larger amplified region, which is deregulated in gliomas, and could be used as a prognostic marker of tumorigenic process. The signaling pathways activated due to gene amplifications, activating gene mutations, and overexpressed proteins may be useful as therapeutic targets for glioma treatment. This study also includes the characterization of KIT overexpressing astrocytes, analyzed by various in vitro functional assays. Our results show that overexpression of KIT in mouse astrocytes promotes cell proliferation and anchorage-independent growth, as well as phenotypic changes in the cells. Furthermore, the increased proliferation is partly inhibited by imatinib, a small molecule inhibitor of KIT. These results suggest that KIT may play a role in astrocyte growth regulation, and might have an oncogenic role in brain tumorigenesis. Elucidation of the altered signaling pathways due to specific gene amplifications, activating gene mutations, and overexpressed proteins may be useful as therapeutic targets for glioma treatment.

Proteomic Analysis of the Ubiquitin Landscape in the Drosophila Embryonic Nervous System and the Adult Photoreceptor Cells

Background Ubiquitination is known to regulate physiological neuronal functions as well as to be involved in a number of neuronal diseases. Several ubiquitin proteomic approaches have been developed during the last decade but, as they have been mostly applied to non-neuronal cell culture, very little is yet known about neuronal ubiquitination pathways in vivo. Methodology/Principal Findings Using an in vivo biotinylation strategy we have isolated and identified the ubiquitinated proteome in neurons both for the developing embryonic brain and for the adult eye of Drosophila melanogaster. Bioinformatic comparison of both datasets indicates a significant difference on the ubiquitin substrates, which logically correlates with the processes that are most active at each of the developmental stages. Detection within the isolated material of two ubiquitin E3 ligases, Parkin and Ube3a, indicates their ubiquitinating activity on the studied tissues. Further identification of the proteins that do accumulate upon interference with the proteasomal degradative pathway provides an indication of the proteins that are targeted for clearance in neurons. Last, we report the proof-of-principle validation of two lysine residues required for nSyb ubiquitination. Conclusions/Significance These data cast light on the differential and common ubiquitination pathways between the embryonic and adult neurons, and hence will contribute to the understanding of the mechanisms by which neuronal function is regulated. The in vivo biotinylation methodology described here complements other approaches for ubiquitome study and offers unique advantages, and is poised to provide further insight into disease mechanisms related to the ubiquitin proteasome system.

Progesterone actions in protein phosphorylation in the central nervous system

O presente trabalho propõe-se esclarecer o papel que a progesterona e os seus metabolitos exercem no sistema nervoso central. Nos últimos anos, com a descoberta da síntese local de esteróides no cérebro, a progesterona, assim como outras hormonas sexuais, ganharam uma relevância crescente em fenómenos tais como plasticidade neuronal e neuroprotecção. Ainda que já se comece a entender o papel de muitas hormonas no cérebro, tal como o estrogénio, o papel da progesterona continua menos conhecido. Deste modo, o nosso trabalho centrou-se na elucidação dos efeitos da progesterona em fenómenos de sobrevivência celular, plasticidade neuronal/sináptica. Graças à colaboração com um grupo pioneiro em estudos sobre hormonas sexuais neuroactivas, o presente trabalho fornece uma importante contribuição ao entendimento do papel desta hormona no sistema nervoso central. Este trabalho fornece novos dados, relativamente ao papel da progesterona e dos seus metabolitos reduzidos na regulação de vias de sinalização associadas com sobrevivência celular, tal como Akt/PI3K e ERK. Também é analisado o efeito do tratamento hormonal na expressão e estado de fosforilação da proteína Tau, sendo ainda motivo de estudo cinases e fosfatases envolvidas nestes mecanismos.

Identification and characterization of retinoic acid-induced morphological and electrophysiological changes in an invertebrate nervous system

The vitamin A metabolite, retinoic acid (RA) is known to play an important role in the development, patterning and regeneration of nervous tissue, both in the embryo and in the adult. Classically, RA is known to mediate the transcription of target genes through the binding and activation ofits nuclear receptors: the retinoic acid receptors (RARs) and retinoid X receptors (RXRs). Recently, mounting evidence from many animal models has implicated a number of RA-mediated effects operating independently of gene transcription, and thus highlights nove~ nongenornic actions of RA. For example, recent work utilizing cultured neurons from the pond snaa Lymnaea stagnalis, has shown that RA can elicit a regenerative response, growth cone turning, independently of "classical" transcriptional activation While this work illustrates a novel regeneration-inducing effect in culture, it is currently -unknown whether RA also induces regeneration in situ. This study has sought to determine RA's regenerative effucts at the morphological and molecular levels by utilizing an in situ approach focusing on a single identified dopaminergic neuron which possesses a known "mapped" morphology within the CNS. These studies show, for the first time in an invertebrate, that RA can increase neurite outgrowth of dopaminergic cells that have undergone a nerve-crush injury. Utilizing Western blot analysis, it was shown that this effect appears to be independent of any changes in whole CNS expression levels of either the RAR or RXR. Additionally, utilizing immunohistochemistry, to examine protein localization, there does not appear to be any obvious changes in the RXR expression level at the crush site. Changes in cell morphology such as neurity extension are known to be modulated by changes in neuronal firing activity. It has been previously shown that exposure to RA over many days can lead to changes in the electrophysiological properties of cultured Lymnaea neurons; however, no studies have investigated whether short-term exposure to RA can elicit electrophysiological changes and/or changes in firing pattern of neurons in Lymnaea or any other species. The studies performed here show, for the first time in any species, that short-tenn treatment with RA can elicit significant changes in the firing properties of both identified dopaminergic neurons and peptidergic neurons. This effect appears to be independent of protein synthesis, activation of protein kinase A or phospholipase C, and calcium influx but is both dose-dependent and isomer-dependent. These studies provide evidence that the RXR, but not RAR, may be involved, and that intracellular calcium concentrations decrease upon RAexposure with a time course, dose-dependency and isomer-dependency that coincide with the RA-induced electrophysiological changes. Taken together, these studies provide important evidence highlighting RA as a multifunctional molecule, inducing morphological, molecular and electrophysiological changes within the CNS, and highlight the many pathways through which RA may operate to elicit its effects.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.