Consequences of modified lipid and glucose metabolism on peripheral nervous system structure and function

284 million people worldwide suffered from type 2 diabetes mellitus (T2DM) in 2010, which will, in approximately half of them, lead to the development of diabetic peripheral neuropathy (DPN). Although DPN is the most common complication of diabetes mellitus and the leading cause of non-traumatic amputations its pathophysiology is still poorly understood. To get more insight into the molecular mechanism underlying DPN in T2DM, I used a rodent model of T2DM, the db/db mice.¦ln vivo electrophysiological recordings of diabetic animals indicated that in addition to reduced nerve conduction velocity db/db mice also present increased nerve excitability. Further ex vivo evaluation of the electrophysiological properties of db/db nerves clearly established a presence of the peripheral nerve hyperexcitability (PNH) phenotype in diabetic animals. Using pharmacological inhibitors we demonstrated that PNH is mostly mediated by the decreased activity of Kv1 channels. ln agreement with these data 1 observed that the diabetic condition led to a reduced presence of the Kv1.2 subunits in juxtaparanodal regions of db/db peripheral nerves whereas its mANA and protein expression levels were not affected. Lmportantly, I confirmed a loss of juxtaparanodal Kv1.2 subunits in nerve biopsies from type 2 diabetic patients. Together these observations indicate that the type 2 diabetic condition leads to potassium-channel mediated changes of nerve excitability thus identifying them as potential drug targets to treat sorne of the DPN related symptoms.¦Schwann cells ensheath and isolate peripheral axons by the production of myelin, which consists of lipids and proteins in a ratio of 2:1. Peripheral myelin protein 2 (= P2, Pmp2 or FABP8) was originally described as one of the most abundant myelin proteins in the peripheral nervous system. P2, which is a member of the fatty acid binding protein (FABP) family, is a 14.8 kDa cytosolic protein expressed on the cytoplasmic side of compact myelin membranes. As indicated by their name, the principal role of FABPs is thought to be the binding and transport of fatty acids.¦To study its role in myelinating glial cells I have recently generated a complete P2 knockout mouse model (P2-/-). I confirmed the loss of P2 in the sciatic nerve of P2-/- mice at the mRNA and protein level. Electrophysiological analysis of the adult (P56) mutant mice revealed a mild but significant reduction in the motor nerve conduction velocity. lnterestingly, this functional change was not accompanied by any detectable alterations in general myelin structure. However, I have observed significant alterations in the mRNA expression level of other FABPs, predominantly FABP9, in the PNS of P2-/- mice as compared to age-matched P2+/+ mice indicating a role of P2 in the glial myelin lipid metabolism.¦Le diabète de type 2 touche 284 million de personnes dans le monde en 2010 et son évolution conduit dans la moitié des cas à une neuropathie périphérique diabétique. Bien que la neuropathie périphérique soit la complication la plus courante du diabète pouvant conduire jusqu'à l'amputation, sa physiopathologie est aujourd'hui encore mal comprise. Dans le but d'améliorer les connaissances moléculaires expliquant les mécanismes de la neuropathie liée au diabète de type 2, j'ai utilisé un modèle murin du diabète de type 2, les souris db/db.¦ln vivo, les enregistrements éléctrophysiologiques des animaux diabétiques montrent qu'en plus d'une diminution de la vitesse de conduction nerveuse, les souris db/db présentent également une augmentation de l'excitabilité nerveuse. Des mesures menées Ex­ vivo ont montré l'existence d'un phénotype d'hyperexcitabilité sur les nerfs périphériques isolés d'animaux diabétiques. Grâce à l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques, nous avons pu démontrer que l'hyperexcitabilité démontrée était due à une réduction d'activité des canaux Kv1. En accord avec ces données, j'ai observé qu'une situation de diabète conduisait à une diminution des canaux Kv1.2 aux régions juxta-paranodales des nerfs périphériques db/db, alors que l'expression du transcrit et de la protéine restait stable. J'ai également confirmé l'absence de canaux Kv1.2 aux juxta-paranoeuds de biopsies de nerfs de patients diabétiques. L'ensemble de ces observations montrent que les nerfs périphériques chez les patients atteints de diabète de type 2 est due à une diminution des canaux potassiques rapides juxtaparanodaux les identifiant ainsi comme des cibles thérapeutiques potentielles.¦Les cellules de Schwann enveloppent et isolent les axones périphériques d'une membrane spécialisée, la myéline, composée de deux fois plus de lipides que de protéines. La protéine P2 (Pmp2 "peripheral myelin protein 2" ou FABP8 "fatty acid binding protein") est l'une des protéines les plus abondantes au système nerveux périphérique. P2 appartient à la famille de protéines FABP liant et transportant les acides gras et est une protéine cytosolique de 14,8 kDa exprimée du côté cytoplasmique de la myéline compacte.¦Afin d'étudier le rôle de P2 dans les cellules de Schwann myélinisantes, j'ai généré une souris knockout (P2-/-). Après avoir validé l'absence de transcrit et de protéine P2 dans les nerfs sciatiques P2-/-, des mesures électrophysiologiques ont montré une réduction modérée mais significative de la vitesse de conduction du nerf moteur périphérique. Il est important de noter que ces changements fonctionnels n'ont pas pu être associés à quelconque changement dans la structure de la myéline. Cependant, j'ai observé dans les nerfs périphériques P2-/-, une altération significative du niveau d'expression d'ARNm d'autres FABPs et en particulier FABP9. Ce dernier résultat démontre l'importance du rôle de la protéine P2 dans le métabolisme lipidique de la myéline.

SH3TC2/KIAA1985 protein is required for proper myelination and the integrity of the node of Ranvier in the peripheral nervous system.

Charcot-Marie-Tooth disease type 4C (CMT4C) is an early-onset, autosomal recessive form of demyelinating neuropathy. The clinical manifestations include progressive scoliosis, delayed age of walking, muscular atrophy, distal weakness, and reduced nerve conduction velocity. The gene mutated in CMT4C disease, SH3TC2/KIAA1985, was recently identified; however, the function of the protein it encodes remains unknown. We have generated knockout mice where the first exon of the Sh3tc2 gene is replaced with an enhanced GFP cassette. The Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) knockout animals develop progressive peripheral neuropathy manifested by decreased motor and sensory nerve conduction velocity and hypomyelination. We show that Sh3tc2 is specifically expressed in Schwann cells and localizes to the plasma membrane and to the perinuclear endocytic recycling compartment, concordant with its possible function in myelination and/or in regions of axoglial interactions. Concomitantly, transcriptional profiling performed on the endoneurial compartment of peripheral nerves isolated from control and Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals uncovered changes in transcripts encoding genes involved in myelination and cell adhesion. Finally, detailed analyses of the structures composed of compact and noncompact myelin in the peripheral nerve of Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals revealed abnormal organization of the node of Ranvier, a phenotype that we confirmed in CMT4C patient nerve biopsies. The generated Sh3tc2 knockout mice thus present a reliable model of CMT4C neuropathy that was instrumental in establishing a role for Sh3tc2 in myelination and in the integrity of the node of Ranvier, a morphological phenotype that can be used as an additional CMT4C diagnostic marker.

The structure of nervous tissue and of Gram-positive bacteria studied by cryo-electron microscopy of vitreous sections

Résumé La structure, ou l'architecture, des êtres vivants définit le cadre dans lequel la physique de la vie s'accomplit. La connaissance de cette structure dans ses moindres détails est un but essentiel de la biologie. Son étude est toutefois entravée par des limitations techniques. Malgré son potentiel théorique, la microscopie électronique n'atteint pas une résolution atomique lorsqu'elle est appliquée ä la matièxe biologique. Cela est dû en grande partie au fait qu'elle contient beaucoup d'eau qui ne résiste pas au vide du microscope. Elle doit donc être déshydratée avant d'être introduite dans un microscope conventionnel. Des artéfacts d'agrégation en découlent inévitablement. La cryo-microscopie électronique des sections vitreuses (CEMOVIS) a ëté développée afin de résoudre cela. Les spécimens sont vitrifiés, c.-à-d. que leur eau est immobilisée sans cristalliser par le froid. Ils sont ensuite coupés en sections ultrafines et celles-ci sont observées à basse température. Les spécimens sont donc observés sous forme hydratée et non fixée; ils sont proches de leur état natif. Durant longtemps, CEMOVIS était très difficile à exécuter mais ce n'est plus le cas. Durant cette thèse, CEMOVIS a été appliqué à différents spécimens. La synapse du système nerveux central a été étudiée. La présence dans la fente synaptique d'une forte densité de molécules organisées de manière périodique a été démontrée. Des particules luminales ont été trouvées dans Ies microtubules cérébraux. Les microtubules ont servi d'objets-test et ont permis de démontrer que des détails moléculaires de l'ordre du nm sont préservés. La compréhension de la structure de l'enveloppe cellulaire des bactéries Grampositives aété améliorée. Nos observations ont abouti à l'élaboration d'un nouveau modèle hypothétique de la synthèse de la paroi. Nous avons aussi focalisé notre attention sur le nucléoïde bactérien et cela a suscité un modèle de la fonction des différents états structuraux du nucléoïde. En conclusion, cette thèse a démontré que CEMOVIS est une excellente méthode poux étudier la structure d'échantillons biologiques à haute résolution. L'étude de la structure de divers aspects des êtres vivants a évoqué des hypothèses quant à la compréhension de leur fonctionnement. Summary The structure, or the architecture, of living beings defines the framework in which the physics of life takes place. Understanding it in its finest details is an essential goal of biology. Its study is however hampered by technical limitations. Despite its theoretical potential, electron microscopy cannot resolve individual atoms in biological matter. This is in great part due to the fact. that it contains a lot of water that cannot stand the vacuum of the microscope. It must therefore be dehydrated before being introduced in a conventional mìcroscope. Aggregation artefacts unavoidably happen. Cryo-electron microscopy of vitreous sections (CEMOVIS) has been developed to solve this problem. Specimens are vitrified, i.e. they are rapidly cooled and their water is immobilised without crystallising by the cold. They are then. sectioned in ultrathin slices, which are observed at low temperatures. Specimens are therefore observed in hydrated and unfixed form; they are close to their native state. For a long time, CEMOVIS was extremely tedious but this is not the case anymore. During this thesis, CEMOVIS was applied to different specimens. Synapse of central nervous system was studied. A high density of periodically-organised molecules was shown in the synaptic cleft. Luminal particles were found in brain microtubules. Microtubules, used as test specimen, permitted to demonstrate that molecular details of the order of nm .are preserved. The understanding of the structure of cell envelope of Gram-positive bacteria was improved. Our observations led to the elaboration of a new hypothetic model of cell wall synthesis. We also focused our attention on bacterial nucleoids and this also gave rise to a functional model of nucleoid structural states. In conclusion, this thesis demonstrated that CEMOVIS is an excellent method for studying the structure of bìologìcal specimens at high resolution. The study of the structure of various aspects of living beings evoked hypothesis for their functioning.

Central control of glucose homeostasis: the brain--endocrine pancreas axis.

A large body of data gathered over the last decades has delineated the neuronal pathways that link the central nervous system with the autonomic innervation of the endocrine pancreas, which controls alpha- and beta-cell secretion activity and mass. These are important regulatory functions that are certainly keys for preserving the capacity of the endocrine pancreas to control glucose homeostasis over a lifetime. Identifying the cells involved in controlling the autonomic innervation of the endocrine pancreas, in response to nutrient, hormonal and environmental cues and how these cues are detected to activate neuronal activity are important goals of current research. Elucidation of these questions may possibly lead to new means for preserving or restoring defects in insulin and glucagon secretion associated with type 2 diabetes.

Management of faecal incontinence and constipation in adults with central neurological diseases.

BACKGROUND: People with neurological disease have a much higher risk of both faecal incontinence and constipation than the general population. There is often a fine line between the two conditions, with any management intended to ameliorate one risking precipitating the other. Bowel problems are observed to be the cause of much anxiety and may reduce quality of life in these people. Current bowel management is largely empirical with a limited research base. OBJECTIVES: To determine the effects of management strategies for faecal incontinence and constipation in people with neurological diseases affecting the central nervous system. SEARCH STRATEGY: We searched the Cochrane Incontinence Group Specialised Trials Register (searched 26 January 2005), the Cochrane Central Register of Controlled Trials (Issue 2, 2005), MEDLINE (January 1966 to May 2005), EMBASE (January 1998 to May 2005) and all reference lists of relevant articles. SELECTION CRITERIA: All randomised or quasi-randomised trials evaluating any types of conservative or surgical measure for the management of faecal incontinence and constipation in people with neurological diseases were selected. Specific therapies for the treatment of neurological diseases that indirectly affect bowel dysfunction were also considered. DATA COLLECTION AND ANALYSIS: Two reviewers assessed the methodological quality of eligible trials and two reviewers independently extracted data from included trials using a range of pre-specified outcome measures. MAIN RESULTS: Ten trials were identified by the search strategy, most were small and of poor quality. Oral medications for constipation were the subject of four trials. Cisapride does not seem to have clinically useful effects in people with spinal cord injuries (three trials). Psyllium was associated with increased stool frequency in people with Parkinson's disease but did not alter colonic transit time (one trial). Prucalopride, an enterokinetic did not demonstrate obvious benefits in this patient group (one study). Some rectal preparations to initiate defaecation produced faster results than others (one trial). Different time schedules for administration of rectal medication may produce different bowel responses (one trial). Mechanical evacuation may be more effective than oral or rectal medication (one trial). There appears to be a benefit to patients in one-off educational interventions from nurses. The clinical significance of any of these results is difficult to interpret. AUTHORS' CONCLUSIONS: There is still remarkably little research on this common and, to patients, very significant condition. It is not possible to draw any recommendation for bowel care in people with neurological diseases from the trials included in this review. Bowel management for these people must remain empirical until well-designed controlled trials with adequate numbers and clinically relevant outcome measures become available.

Les aquaporines 4 et 9 dans le système nerveux central : expression lors de la différenciation cellulaire et implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire "in vitro"

RESUME : Les aquaporines (AQPs) sont des protéines membranaires perméables à l'eau (aquaporines strictes) et, pour certaines d'entre elles, également au glycérol (aquaglycéroporines). Ces protéines sont présentes dans les bactéries, les plantes et les différents organes des mammifères. Dans le cerveau, la moindre augmentation de volume hydrique peut avoir de graves conséquences sur son fonctionnement, d'où l'importance de la régulation de l'homéostasie de l'eau grâce aux AQPs. L'AQP4, une aquaporine stricte, est présente dans les astrocytes et est impliquée dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. En revanche, l'AQP9 est une aquaglycéroporine, qui est localisée non seulement dans les astrocytes mais également dans les neurones catécholaminergiques. Bien que la distribution de l'AQP4 dans le cerveau soit clairement établie, la présence de l'AQP9 est toujours une donnée controversée et son rôle fonctionnel dans le système nerveux central n'est pas connu. Par ailleurs, aucune donnée n'existe sur l'expression des AQP4 et 9 lors de la différenciation de cellules souches neurales foetales (CSNf) en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Dans la première partie de ce travail, un protocole a été mis au point permettant de différencier des CSNf de souris en astrocytes et neurones, dont des neurones catécholaminergiques. La caractérisation des cultures de CSNf et des cultures mixtes par immunofluorescence a permis de montrer que l'immunomarquage AQP9 est présent dans les CSNf et est conservé lors de leur différenciation en astrocytes ou en neurones catécholaminergiques. Les résultats obtenus ont mis en évidence une très bonne corrélation entre l'expression de la TH (tyrosine hydroxylase: enzyme limitante de la synthèse des catécholamines) et celle de l'AQP9 lors de la différenciation des CSNf en neurones catécholaminergiques. Par contre, l'immunomarquage AQP4 n'est pas présent dans les CSNf alors qu'il est observé dans les astrocytes. De plus, aucun immunomarquage AQP4 ou AQP9 n'a été observé dans les neurones NIAP2-positifs. Dans la deuxième partie de ce travail, l'expression des AQP4 et 9 a été quantifiée dans les CSNf ainsi que dans trois populations d'astrocytes présentant des propriétés métaboliques différentes. Ces trois populations astrocytaires sont issues de la différenciation des CSNf par le CNTF, le LIF ou le sérum de veau foetal. Les analyses par RTPCR quantitative et western blot ont montré une augmentation de l'expression de l'AQP9 et de l'AQP4 corrélée à l'acquisition de propriétés métaboliques spécifiques des astrocytes matures. Dans la dernière partie, la technique d'ARN interférents a permis d'étudier le rôle fonctionnel de l'AQP9 dans le modèle de culture pure d'astrocytes différenciés par le sérum. L'inhibition de l'expression d'AQP9 entraîne une diminution de la perméabilité au glycérol et une augmentation de l'utilisation de glucose, corrélée à une stimulation du métabolisme oxydatif astrocytaire. En revanche, 1a baisse d'expression d'AQP9 n'a aucun effet sur la glycolyse anaérobie ni sur la libération du lactate. En conclusion, dans ce modèle in vitro, seule l'AQP9 est exprimée dans les CSNf et les neurones catécholaminergiques alors que dans Ies astrocytes, à la fois l'AQP9 et l'AQP4 sont exprimées. Cette distribution est identique à celle observée in vivo et confirme la localisation spécifique de l'AQP9 dans les neurones catécholaminergiques. De plus, ces résultats montrent, pour la première fois, l'implication de l'AQP9 dans la perméabilité des astrocytes au glycérol et son implication dans le métabolisme énergétique astrocytaire. ABSTACT : Aquaporins (AQPs) are membrane proteins permeable to water (orthodoxes aquaporins) and some of them are also permeable to glycerol (aquaglyceroporins). These proteins are widely expressed in bacteria, plants and mammals. AQP water homeostasis regulation in brain is of primary importance as the brain volume cannot increase. AQP4, an orthodoxe aquaporin, is present in astrocytes and seems to be involved in edema formation and resorption. On the other hand, AQP9 is an aquaglyceroporin which is localised not only in astrocytes but also in catecholaminergic neurons. Although AQP4 distribution in brain is clearly established, the presence of AQP9 is still a discussed data and its functional role in the central nervous system is unknown. In addition, no data exists on AQP4 or AQP9 expression during fetal neural stem cells (fNSC) differentiation into astrocytes or catecholaminergic neurons. In the first part of this work, a protocol was developed to differentiate mouse fNSC into astrocytes and neurons, with the aim to obtain catecholaminergic neurons. By immunefluorescence, we have shown that AQP9 is expressed in fNSC cultures and also in astrocytes and catecholaminergic neurons in mixt cultures. The results obtained highlighted a very good correlation between TH expression (tyrosin hydroxylase being a limiting enzyme of catecholamines synthesis) and AQP9 in fNSC and all along their differentiation into catecholaminergic neurons. On the other hand, AQP4 immunolabelling is not observed in fNSC whereas it is in astrocytes. Moreover, neitheir AQP4, nor AQP9 immunoreactivity was observed in MAP2-positive neurons. In the second part of this work, AQP4 and AQP9 expression was quantified in fNSC and in three populations of astrocytes presenting different metabolic properties. These three astrocyte populations result from fNSC differentiation by addition of CNTF, LIF or fetal calf serum. Quantitative RT-PCR and western blot analyses have shown an increase in both AQP4 and AQP9 expression, correlated with the acquisition of specific metabolic properties of mature astrocytes. In the last part, siRNA were used to study the functional role of AQP9 in the pure astrocyte culture model differentiated by addition of fetal calf serum. Inhibition of AQP9 expression leads to a decrease of glycerol uptake and to an increase of glucose uptake, correlated with a stimulation of the astrocyte oxydative metabolism. On the other hand, inhibition of AQP9 expression does not have any effect on anaerobic glycolysis nor on lactate release. In conclusion, in this in vitro model, only AQP9 is expressed in fNSC and in catecholaminergic neurons whereas in astrocytes, both AQP9 and AQP4 are expressed. This distribution is identical to that observed in vivo and confirms the specific AQP9 localization in catecholaminergic neurons. IVloreover, these results show, for the first time, that AQP9 is implicated in glycerol uptake and in astrocyte energetic metabolism. Résumé large public : Les aquaporines, des protéines localisées dans les membranes cellulaires sont, comme leur nom l'indique, des canaux à eau. Pendant longtemps, il a été considéré que l'eau diffusait librement dans et à travers les cellules; la caractérisation des AQPs a révolutionné la vision des scientifiques concernant les mouvements d'eau entre les différents compartiments infra et extracellulaires, et a d'ailleurs valu le Prix Nobel à Peter Agre en 1992. Certaines AQPs, dites "strictes", laissent passer uniquement l'eau et participent au contrôle du volume hydrique. Ce contrôle est particulièrement important pour le bon fonctionnement du cerveau en raison de la présence de la boîte crânienne qui limite les variations de volume. D'autres AQPs, les aquaglycéroporines, sont perméables non seulement à l'eau mais également à d'autres molécules comme le glycérol. Elles facilitent, par exemple, la sortie du glycérol des cellules graisseuses et sa capture par les cellules du foie afin de produire du glucose en période de jeûne. Le cerveau est principalement composé de deux types de cellules: les neurones et les cellules gliales, majoritairement des astrocytes. L'AQP4, une AQP stricte, est présente dans les astrocytes et joue un rôle dans la formation et la résorption des oedèmes cérébraux. L'AQP9, une aquaglycéroporine, est également présente dans les astrocytes et dans une population spécifique de neurones, les neurones catécholaminergiques, touchés dans la maladie de Parkinson. A ce jour, la présence de l'AQP9 dans le cerveau est une donnée controversée et son rôle fonctionnel est inconnu. Ce travail de thèse a permis de montrer que l'AQP9 est bien présente d'une part dans les cellules souches neurales foetales et d'autre ,part dans les astrocytes et neurones catécholaminergiques issus de leur différenciation. De plus, ces expériences ont mis en évidence un rôle de l'AQP9 dans l'entrée du glycérol dans les astrocytes, ce qui pourrait être bénéfique dans des conditions d'ischémie. Enfin, les .résultats de cette étude suggèrent également un rôle de l'AQP9 dans le métabolisme énergétique des astrocytes. L'ensemble de ces travaux démontre le rôle important de l'AQP9 dans le cerveau et ouvre de nouvelles perspectives quant aux rôles des AQPs dans des situations pathologiques telles que l'ischémie cérébrale ou encore la maladie de Parkinson.

Management of faecal incontinence and constipation in adults with central neurological diseases.

BACKGROUND: People with neurological disease have a much higher risk of both faecal incontinence and constipation than the general population. There is often a fine dividing line between the two conditions, with any management intended to ameliorate, one risking precipitating the other. Bowel problems are observed to be the cause of much anxiety and may reduce quality of life in these people. Current bowel management is largely empirical with a limited research base. OBJECTIVES: To determine the effects of management strategies for faecal incontinence and constipation in people with neurological diseases affecting the central nervous system. SEARCH STRATEGY: We searched the Cochrane Incontinence Group Trials Register, the Cochrane Controlled Trials Register, MEDLINE, EMBASE and all reference lists of relevant articles. Date of the most recent searches: May 2000. SELECTION CRITERIA: All randomised or quasi-randomised trials evaluating any types of conservative, or surgical measure for the management of faecal incontinence and constipation in people with neurological diseases were selected. Specific therapies for the treatment of neurological diseases that indirectly affect bowel dysfunction have also been considered. DATA COLLECTION AND ANALYSIS: All three reviewers assessed the methodological quality of eligible trials and two reviewers independently extracted data from included trials using a range of pre-specified outcome measures. MAIN RESULTS: Only seven trials were identified by the search strategy and all were small and of poor quality. Oral medications for constipation were the subject of four trials. Cisapride does not seem to have clinically useful effects in people with spinal cord injuries (two trials). Psyllium was associated with increased stool frequency in people with Parkinson's disease but not altered colonic transit time (one trial). Some rectal preparations to initiate defecation produced faster results than others (one trial). Different time schedules for administration of rectal medication may produce different bowel responses (one trial). Mechanical evacuation may be more effective than oral or rectal medication (one trial). The clinical significance of any of these results is difficult to interpret. REVIEWER'S CONCLUSIONS: It is not possible to draw any recommendation for bowel care in people with neurological diseases from the trials included in this review. Bowel management for these people must remain empirical until well-designed controlled trials with adequate numbers and clinically relevant outcome measures become available.

Relevance of death receptors in nervous system: role in the pathogenesis of neurodegenerative diseases and targets for therapy

L’apoptosi és un procés fisiològic que controla el nombre de cèl·lules en organismes superiors. L’apoptosi està estrictament regulada i s’ha vist que està implicada en la patogènesi d’algunes malalties del sistema nerviós. En aquest sentit, un excés de mort cel·lular contribueix a les malalties neurodegenerati- ves, mentre que, el seu dèficit és una de les raons del desenvolupament de tumors. El punt principal de regulació del procés apoptòtic és l’activació de les caspases, cisteïna-proteases que tenen especificitat pels residus aspàrtic. Les caspases es poden activar per dos mecanismes principals: (1) alliberament de citocrom C dels mitocondris alterats al citoplasma i (2) l’activació dels receptors de la membrana anomenats receptors de mort (DR, de l’anglès death receptor). Aquests receptors s’han caracteritzat extensament en el sistema immunitari, mentre que en el sistema nerviós les seves funcions són encara desconegudes. El present article se centra en el paper dels DR en la patogènesi de malalties neurodegeneratives i suggereix el seu potencial des del punt de vista terapèutic. També es descriuen diverses molècules intracel·lulars caracteritzades per la seva habilitat en la modulació dels DR. Entre elles, presentem dues noves proteïnes – lifeguard i FAIM – que s’expressen específicament al sistema nerviós.

The planarian flatworm: an in vivo model for stem cell biology and nervous system regeneration

Planarian flatworms are an exception among bilaterians in that they possess a large pool of adult stem cells that enables them to promptly regenerate any part of their body, including the brain. Although known for two centuries for their remarkable regenerative capabilities, planarians have only recently emerged as an attractive model for studying regeneration and stem cell biology. This revival is due in part to the availability of a sequenced genome and the development of new technologies, such as RNA interference and next-generation sequencing, which facilitate studies of planarian regeneration at the molecular level. Here, we highlight why planarians are an exciting tool in the study of regeneration and its underlying stem cell biology in vivo, and discuss the potential promises and current limitations of this model organism for stem cell research and regenerative medicine.

Diagnosis by imaging : the case of textbooks of diseases of the nervous system (1850-1920)

Les traités scientifiques ne font que depuis peu d'années l'objet d'études en histoire des sciences. Pourtant, ces traités ont énormément à apporter car ils renseignent sur la manière de raisonner des auteurs, ainsi que sur le développement d'une discipline. Dans ce travail de doctorat, différents traités des maladies du système nerveux ont été dépouillés, notamment le traité de Sémiologie des affections du système nerveux (1914) de Jules Dejerine (1849-1917). Ce traité a été analysé de trois manières différentes. Il a tout d'abord été comparé à une édition précédente publiée sous forme de chapitre (1901), révélant un large remodelage du contenu du traité, suggérant une évolution rapide de la discipline neurologique en l'espace de quelques années. Deuxièmement, l'analyse de la Sémiologie a permis de recréer un réseau de professionnels avec qui Jules Dejerine était en contact et, en parcourant les livres publiés par ces auteurs, il a été possible de décrire de quelle manière ces auteurs se citent mutuellement. Finalement, ces livres contiennent de nombreuses illustrations, qui sont associées à la notion de « preuve » : les auteurs utilisent des images sous forme de dessins, de photographies ou de schémas qui illustrent des patients ou des pièces anatomiques pour « montrer » la maladie ou la lésion. Chaque illustration a un rôle à jouer pour décrire la lésion, montrer la progression de la maladie et elle aide le médecin à poser le diagnostic. Grâce à ces trois axes de recherche, un traité devient un outil de travail dynamique, qui évolue au fil des rééditions, influencé par les critiques et commentaires retrouvés dans d'autres traités et articles, et par les progrès accomplis dans la discipline traitée. Des, passages et certaines images de l'ouvrage circulent également de traité en traité et véhiculent l'autorité de l'auteur de ces passages et images qui en viennent à représenter la maladie. Ce transfert d'images joue également un rôle dans la standardisation du diagnostic et dans l'unification de la neurologie à travers le monde occidental au début du XXe siècle, une période charnière pour l'histoire de la médecine. -- Au début du XXe siècle, la neurologie est une jeune spécialité médicale qui se développe rapidement. Les différents médecins publient des traités, communiquent entre eux et échangent leurs données. Un traité scientifique est un outil de travail dynamique qui évolue avec les rééditions et le développement d'une discipline. Ces ouvrages recèlent toutes sortes d'informations et leur analyse ne fait que depuis peu de temps l'objet d'études en histoire des sciences. Ces traités regorgent notamment d'illustrations qui sont associées à la notion de « preuve » : les auteurs utilisent des images sous forme de dessins, de photographies ou de schémas qui représentent des patients ou des pièces anatomiques afin de « montrer » la maladie ou la lésion. Chaque illustration a un rôle à jouer pour décrire la pathologie, montrer la progression de la maladie et elle aide le médecin à poser le diagnostic. Les auteurs des traités, qui viennent d'Europe et d'Amérique du Nord, se citent mutuellement, permettant au lecteur de recréer leur réseau de professionnels au niveau international. De plus, comme ces auteurs réutilisent les observations et les illustrations des autres, celles-ci circulent de traité en traité et en viennent à représenter la maladie. Ce transfert d'images joue également un rôle dans la standardisation du diagnostic et dans l'unification de la neurologie à travers le monde occidental au début du XXe siècle, une période charnière pour l'histoire de la médecine. -- Until recently, the study of textbooks has been neglected in the history of the sciences. However, textbooks can provide fruitful sources of information regarding the way authors work and the development of a particular discipline. This dissertation reviews editions of a single textbook, the Sémiologie des affections du système nerveux (1914) by Jules Dejerine (1849-1917). This textbook enabled the description of three axes of research. Firstly, by comparing the book to a first edition published as a chapter, one can acknowledge an extensive remodeling of the content of the book, suggesting a vast increase in knowledge over time. Secondly, by looking at the authors that Dejerine quotes repeatedly, it becomes possible to recreate his professional network, to review the works of these authors and to determine how they cross-reference each other. Thirdly, these textbooks contain numerous medical illustrations, which are linked with the concept of "proof;" the authors demonstrate a willingness to "show" the lesion or the pathology by publishing an image. Drawings, schematic representations, radiographies, or photographs of patients or of anatomical preparations all have their own purpose in describing the lesion and the progression of the disease. They assist in the diagnosis of the pathology. By looking at all of these aspects, it is therefore possible to conclude that a neurological textbook is a dynamic object that evolves through re-editions, comments and references found in other textbooks and by the circulations of parts of these books, such as the images. The illustrations also carry the author's authority, since their ongoing use claims that the work by the owner of the image has been endorsed by others. At the same time, it validates the borrowers' arguments. By using medical illustrations from different authors worldwide, the authors are also making a claim to a common language, to a similar way of examining patients, and about how much they depend on medical imagery to prove their points. In that sense, by focusing upon these textbooks, one can affirm that neurology already existed as a worldwide specialty at the turn of the twentieth century. Much more than mere accompaniments to the text, images were of paramount importance to the unification of neurology.

Distribution of monocarboxylate transporters in the peripheral nervous system suggests putative roles in lactate shuttling and myelination.

Lactate, a product of glycolysis, has been shown to play a key role in the metabolic support of neurons/axons in the CNS by both astrocytes and oligodendrocytes through monocarboxylate transporters (MCTs). Despite such importance in the CNS, little is known about MCT expression and lactate function in the PNS. Here we show that mouse MCT1, MCT2, and MCT4 are expressed in the PNS. While DRG neurons express MCT1, myelinating Schwann cells (SCs) coexpress MCT1 and MCT4 in a domain-specific fashion, mainly in regions of noncompact myelin. Interestingly, SC-specific downregulation of MCT1 expression in rat neuron/SC cocultures led to increased myelination, while its downregulation in neurons resulted in a decreased amount of neurofilament. Finally, pure rat SCs grown in the presence of lactate exhibited an increase in the level of expression of the main myelin regulator gene Krox20/Egr2 and the myelin gene P0. These data indicate that lactate homeostasis participates in the regulation of the SC myelination program and reveal that similar to CNS, PNS axon-glial metabolic interactions are most likely mediated by MCTs.

Missense mutations in TENM4, a regulator of axon guidance and central myelination, cause essential tremor.

Essential tremor (ET) is a common movement disorder with an estimated prevalence of 5% of the population aged over 65 years. In spite of intensive efforts, the genetic architecture of ET remains unknown. We used a combination of whole-exome sequencing and targeted resequencing in three ET families. In vitro and in vivo experiments in oligodendrocyte precursor cells and zebrafish were performed to test our findings. Whole-exome sequencing revealed a missense mutation in TENM4 segregating in an autosomal-dominant fashion in an ET family. Subsequent targeted resequencing of TENM4 led to the discovery of two novel missense mutations. Not only did these two mutations segregate with ET in two additional families, but we also observed significant over transmission of pathogenic TENM4 alleles across the three families. Consistent with a dominant mode of inheritance, in vitro analysis in oligodendrocyte precursor cells showed that mutant proteins mislocalize. Finally, expression of human mRNA harboring any of three patient mutations in zebrafish embryos induced defects in axon guidance, confirming a dominant-negative mode of action for these mutations. Our genetic and functional data, which is corroborated by the existence of a Tenm4 knockout mouse displaying an ET phenotype, implicates TENM4 in ET. Together with previous studies of TENM4 in model organisms, our studies intimate that processes regulating myelination in the central nervous system and axon guidance might be significant contributors to the genetic burden of this disorder.

The central histaminergic neurons in vitro, and their neuroprotective role in excitotoxic cell death in the postnatal rat hippocampus.

Histamine acts as a neurotransmitter in the central nervous system. Brain histamine in synthesized in neurons located to the posterior hypothalamus, from where these neurons send their projections to different parts of the brain. Released histamine participates in the regulation of several physiological functions such as arousal, attention and body homeostasis. Disturbances in the histaminergic system have been detected in diseases such as epilepsy, sleep disorders, anxiety, depression, Alzheimer’s disease, and schizophrenia. The purpose of this thesis was to develop optimal culture conditions for the histaminergic neurons, to study their detailed morphology, and to find out their significance in the kainic acid (KA)-induced neuronal death in the immature rat hippocampus. The morphology of the histaminergic neurons in vitro was comparable with the earlier findings. Histamine-containing vesicles were found in the axon but also in the cell body and dendrites suggesting a possibility for the somatodendritic release. Moreover, histamine was shown to be colocalized with the vesicular monoamine transporter 2 (VMAT2) suggesting that VMAT2 transports histamine to the subcellular storage vesicles. Furthermore, histamine was localized with γ-aminobutyric acid (GABA) in distinct storage vesicles and with neuropeptide galanin partly in the same storage vesicles suggesting different corelease mechanisms for GABA and galanin with histamine. In the organotypic hippocampal slice cultures, KA-induced neuronal death was first detected 12 h after the treatment being restricted mainly to the CA3 subregion. Moreover, cell death was irreversible, since the 48 h recovery period did not save the cells, but instead increased the damage. Finally, neuronal death was suggested to be necrotic, since intracellular apoptotic pathways were not activated, and the morphological changes detected with the electron microscopy were characteristic for necrosis. In the coculture system of the hippocampal and posterior hypothalamic slices, histaminergic neurons significantly decreased epileptiform burst activity and neuronal death in the hippocampal slices, this effect being mediated by histamine 1 (H1) and 3 (H3) receptors. In conclusion, the histaminergic neurons were maintained succesfully in the in vitro conditions exhibiting comparable morphological characteristics as detected earlier in vivo. Moreover, they developed functional innervations within the hippocampal slices in the coculture system. Finally, the KA-induced regionspecific, irreversible and necrotic hippocampal pyramidal cell damage was significantly decreased by the histaminergic neurons through H1 and H3 receptors.