Survival and differentiation of adult neuronal progenitor cells transplanted to the adult brain.

The dentate gyrus of the hippocampus is one of the few areas of the adult brain that undergoes neurogenesis. In the present study, cells capable of proliferation and neurogenesis were isolated and cultured from the adult rat hippocampus. In defined medium containing basic fibroblast growth factor (FGF-2), cells can survive, proliferate, and express neuronal and glial markers. Cells have been maintained in culture for 1 year through multiple passages. These cultured adult cells were labeled in vitro with bromodeoxyuridine and adenovirus expressing beta-galactosidase and were transplanted to the adult rat hippocampus. Surviving cells were evident through 3 months postimplantation with no evidence of tumor formation. Within 2 months postgrafting, labeled cells were found in the dentate gyrus, where they differentiated into neurons only in the intact region of the granule cell layer. Our results indicate that FGF-2 responsive progenitors can be isolated from the adult hippocampus and that these cells retain the capacity to generate mature neurons when grafted into the adult rat brain.

Selenophosphate synthetase: detection in extracts of rat tissues by immunoblot assay and partial purification of the enzyme from the archaean Methanococcus vannielii.

In Escherichia coli and Salmonella typhimurium it has been shown that selenophosphate serves as the selenium donor for the conversion of seryl-tRNA to selenocysteyl-tRNA and for the synthesis of 2-selenouridine, a modified nucleoside present in tRNAs. Although selenocysteyl-tRNA also is formed in eukaryotes and is used for the specific insertion of selenocysteine into proteins, the precise mechanism of its biosynthesis from seryl-tRNA in these systems is not known. Because selenophosphate is extremely oxygen labile and difficult to identify in biological systems, we used an immunological approach to detect the possible presence of selenophosphate synthetase in mammalian tissues. With antibodies elicited to E. coli selenophosphate synthetase the enzyme was detected in extracts of rat brain, liver, kidney, and lung by immunoblotting. Especially high levels were detected in Methanococcus vannielii, a member of the domain Archaea, and the enzyme was partially purified from this source. It seems likely that the use of selenophosphate as a selenium donor is widespread in biological systems.

Molecular cloning and characterization of cDNA encoding the alpha subunit of the rat protein synthesis initiation factor eIF-2B.

Eukaryotic initiation factor 2B (eIF-2B) is an essential component of the pathway of peptide-chain initiation in mammalian cells, yet little is known about its molecular structure and regulation. To investigate the structure, regulation, and interactions of the individual subunits of eIF-2B, we have begun to clone, characterize, and express the corresponding cDNAs. We report here the cloning and characterization of a 1510-bp cDNA encoding the alpha subunit of eIF-2B from a rat brain cDNA library. The cDNA contains an open reading frame of 918 bp encoding a polypeptide of 305 aa with a predicted molecular mass of 33.7 kDa. This cDNA recognizes a single RNA species approximately 1.6 kb in length on Northern blots of RNA from rat liver. The predicted amino acid sequence contains regions identical to the sequences of peptides derived from bovine liver eIF-2B alpha subunit. Expression of this cDNA in vitro yields a peptide which comigrates with natural eIF-2B alpha in SDS/polyacrylamide gels. The predicted amino acid sequence exhibits 42% identity to that deduced for the Saccharomyces cerevisiae GCN3 protein, the smallest subunit of yeast eIF-2B. In addition, expression of the rat cDNA in yeast functionally complements a gcn3 deletion for the inability to induce histidine biosynthetic genes under the control of GCN4. These results strongly support the hypothesis that mammalian eIF-2 alpha and GCN3 are homologues. Southern blots indicate that the eIF-2B alpha cDNA also recognizes genomic DNA fragments from several other species, suggesting significant homology between the rat eIF-2B alpha gene and that from other species.

Insulin-like growth factor I receptors of fetal brain are enriched in nerve growth cones and contain a beta-subunit variant.

Nerve growth cones isolated from fetal rat brain are highly enriched in a 97-kDa glycoprotein, termed beta gc, that comigrates with the beta subunit of the IGF-I receptor upon two-dimensional PAGE and is disulfide-linked to this receptor's alpha subunit. Antibodies prepared to a conserved domain shared by the insulin and IGF-I receptor beta subunits (AbP2) or to beta gc were used to study receptor distribution further. Subcellular fractionation of the fetal brain segregated most AbP2 immunoreactivity away from growth cones, whereas most beta gc immunoreactivity copurified with growth cones. Experiments involving ligand-activated receptor autophosphorylation confirmed the concentration of IGF-I but not of insulin receptors in growth cone fractions. These results indicate the enrichment of IGF-I receptors in (presumably axonal) growth cones of the differentiating neuron. Furthermore, the segregation of beta gc from AbP2 immunoreactivity suggests that such neurons express an immunochemically distinct variant of the IGF-I receptor beta subunit at the growth cone.

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.

Interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène dans un modèle de foie de rat isolé et perfusé

L'exposition aux mélanges de contaminants (environnementaux, alimentaires ou thérapeutiques) soulève de nombreuses interrogations et inquiétudes vis-à-vis des probabilités d'interactions toxicocinétiques et toxicodynamiques. Une telle coexposition peut influencer le mode d’action des composants du cocktail et donc de leur toxicité, suite à un accroissement de leurs concentrations internes. Le bisphénol A (4 dihydroxy-2,2-diphenylpropane) est un contaminant chimique répandu de manière ubiquitaire dans notre environnement, largement utilisé dans la fabrication des plastiques avec l’un des plus grands volumes de production à l’échelle mondiale. Il est un perturbateur endocrinien par excellence de type œstrogèno-mimétique. Cette molécule est biotransformée en métabolites non toxiques par un processus de glucuronidation. L'exposition concomitante à plusieurs xénobiotiques peut induire à la baisse le taux de glucuronidation du polluant chimique d'intérêt, entre autres la co-exposition avec des médicaments. Puisque la consommation de produits thérapeutiques est un phénomène grandissant dans la population, la possibilité d’une exposition simultanée est d’autant plus grande et forte. Sachant que l'inhibition métabolique est le mécanisme d'interaction le plus plausible pouvant aboutir à une hausse des niveaux internes ainsi qu’à une modulation de la toxicité prévue, la présente étude visait d'abord à confirmer et caractériser ce type d'interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène, qui est un anti-inflammatoire non stéroïdiennes (AINS), sur l'ensemble d'un organe intact en utilisant le système de foie de rat isolé et perfusé (IPRL). Elle visait ensuite à déterminer la cinétique enzymatique de chacune de ces deux substances, seule puis en mélange binaire. Dans un second temps, nous avons évalué aussi l’influence de la présence d'albumine sur la cinétique métabolique et le comportement de ces deux substances étudiées en suivant le même modèle de perfusion in vivo au niveau du foie de rat. Les constantes métaboliques ont été déterminées par régression non linéaire. Les métabolismes du BPA et du NAP seuls ont montré une cinétique saturable avec une vélocité maximale (Vmax) de 8.9 nmol/min/ mg prot de foie et une constante d'affinité de l'enzyme pour le substrat (Km) de 51.6 μM pour le BPA et de 3 nmol/min/mg prot de foie et 149.2 μM pour le NAP. L'analyse des expositions combinées suggère une inhibition compétitive partielle du métabolisme du BPA par le NAP avec une valeur de Ki estimée à 0.3542 μM. Les résultats obtenus montrent que l’analyse de risque pour les polluants environnementaux doit donc prendre en considération la consommation des produits pharmaceutiques comme facteur pouvant accroitre le niveau interne lors d’une exposition donnée. Ces données in vivo sur les interactions métaboliques pourraient être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire les conséquences toxicococinétique (TK) de l'exposition d'un individu à ces mélanges chimiques.

Interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène dans un modèle de foie de rat isolé et perfusé

L'exposition aux mélanges de contaminants (environnementaux, alimentaires ou thérapeutiques) soulève de nombreuses interrogations et inquiétudes vis-à-vis des probabilités d'interactions toxicocinétiques et toxicodynamiques. Une telle coexposition peut influencer le mode d’action des composants du cocktail et donc de leur toxicité, suite à un accroissement de leurs concentrations internes. Le bisphénol A (4 dihydroxy-2,2-diphenylpropane) est un contaminant chimique répandu de manière ubiquitaire dans notre environnement, largement utilisé dans la fabrication des plastiques avec l’un des plus grands volumes de production à l’échelle mondiale. Il est un perturbateur endocrinien par excellence de type œstrogèno-mimétique. Cette molécule est biotransformée en métabolites non toxiques par un processus de glucuronidation. L'exposition concomitante à plusieurs xénobiotiques peut induire à la baisse le taux de glucuronidation du polluant chimique d'intérêt, entre autres la co-exposition avec des médicaments. Puisque la consommation de produits thérapeutiques est un phénomène grandissant dans la population, la possibilité d’une exposition simultanée est d’autant plus grande et forte. Sachant que l'inhibition métabolique est le mécanisme d'interaction le plus plausible pouvant aboutir à une hausse des niveaux internes ainsi qu’à une modulation de la toxicité prévue, la présente étude visait d'abord à confirmer et caractériser ce type d'interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène, qui est un anti-inflammatoire non stéroïdiennes (AINS), sur l'ensemble d'un organe intact en utilisant le système de foie de rat isolé et perfusé (IPRL). Elle visait ensuite à déterminer la cinétique enzymatique de chacune de ces deux substances, seule puis en mélange binaire. Dans un second temps, nous avons évalué aussi l’influence de la présence d'albumine sur la cinétique métabolique et le comportement de ces deux substances étudiées en suivant le même modèle de perfusion in vivo au niveau du foie de rat. Les constantes métaboliques ont été déterminées par régression non linéaire. Les métabolismes du BPA et du NAP seuls ont montré une cinétique saturable avec une vélocité maximale (Vmax) de 8.9 nmol/min/ mg prot de foie et une constante d'affinité de l'enzyme pour le substrat (Km) de 51.6 μM pour le BPA et de 3 nmol/min/mg prot de foie et 149.2 μM pour le NAP. L'analyse des expositions combinées suggère une inhibition compétitive partielle du métabolisme du BPA par le NAP avec une valeur de Ki estimée à 0.3542 μM. Les résultats obtenus montrent que l’analyse de risque pour les polluants environnementaux doit donc prendre en considération la consommation des produits pharmaceutiques comme facteur pouvant accroitre le niveau interne lors d’une exposition donnée. Ces données in vivo sur les interactions métaboliques pourraient être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire les conséquences toxicococinétique (TK) de l'exposition d'un individu à ces mélanges chimiques.

GABAA receptor beta subunit mRNA expression in the human alcoholic brain

A competitive RT-PCR assay was used to quantify the expression of the GABA(A) receptor beta(1), beta(2) and beta(3) isoform mRNA transcripts in the superior frontal cortex and motor cortex of 21 control and 22 alcoholic cases. A single set of primers was designed that permitted amplification of all three transcripts and the internal standard simultaneously; differentiation of the individual transcripts was achieved by restriction enzyme digestion. Construction of a standard curve, using the internal standard and a concentration range of beta(2) cRNA-enabled quantitation of mRNA expression levels. No significant difference in mRNA expression was found between the control and alcoholic case groups in either the superior frontal or motor cortex for the beta(2) or beta(3) isoforms. A significant interaction was found between isoform and area, although, the two case groups did not partition on this measure. The interaction was due to a significant difference between superior frontal and motor cortex for the beta(3) isoform; this regional comparison was not significant for beta(2) mRNA. Age at death and post-mortem delay (PMD) had no significant effect on beta mRNA expression in either case group in either region. A beta(1) signal could not be detected in the RT-PCR assay. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Genetic study of alcoholism and novel gene expression in the alcoholic brain

Alcohol dependence may result from neuroadaptation involving alteration of gene expression after long-term alcohol exposure. The systematic study of gene expression profiles of the human alcoholic brain was initiated using the method of polymerase chain reaction (PCR)-differential display and was followed by DNA microarray. To date, more than 100 alcohol-responsive genes have been identified from the frontal cortex, motor cortex and nucleus accumbens of the human brain. These genes have a wide range of functions in the brain and indicate diverse actions of alcohol on neuronal function. This review discusses the current information on the genetic basis of alcoholism and the induction and characterization of these alcohol-responsive genes.

Loss of glial glutamate transporters and induction of neuronal expression of GLT-1B in the hypoxic neonatal pig brain

The homeostasis of glutamate is critical to normal brain function; deficiencies in the regulation of extracellular glutamate are thought to be a major determinant of damage in hypoxic brains. Extracellular levels of glutamate are regulated mainly by plasmalemmal glutamate transporters. We have evaluated the distribution of the glutamate transporter GLAST and two splice variants of GLT-1 in the hypoxic neonatal pig brain using this as model of neonatal humans. In response to severe hypoxic insults, we observe a rapid loss of two glial glutamate transporters from specific brain regions, such as the CA1 region of the hippocampus, but not the dentate gyrus. The spatial distribution of loss accords with patterns of damage in these brains. Conversely, we demonstrate that hypoxia evokes the expression of a splice variant of GLT-1 in neurons. We suggest that this expression may be induced in response to elevated extracellular glutamate around these neurons, and that this splice variant may represent a useful marker for direct quantification of the extent of likely neuronal damage in hypoxic brains. © 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

The pathophysiology of 'brain shrinkage' in alcoholics - Structural and molecular changes and clinical implications

This article represents a symposium of the 2004 ISBRA Congress held in Mannheim. The presentations were: Review of the neuropathological and neurochemical changes seen in alcohol-related ' brain shrinkage ' by Clive Harper; In Vivo Detection of Macrostructural and Microstructural Markers of Brain Integrity in Human Alcoholism and a Rodent Model of Alcoholism by Adolf Pfefferbaum, Elfar Adalsteinsson and Edith Sullivan; Gene and Protein Changes in the Brains of Alcoholics with ' Brain Shrinkage ' by Joanne Lewohl and Peter Dodd; Cross sectional and longitudinal MR spectroscopy studies of chronic adult alcoholics by Michael Taylor; Brain Atrophy Associated with Impairment on a Simulated Gambling Task in Long-Term Abstinent Alcoholics by George Fein and Bennett Landman.

Comparative gene expression in brain regions of human alcoholics

The mesocorticolimbic system is the reward centre of the brain and the major target for drugs of abuse including alcohol. Neuroadaptive changes in this region are thought to underlie the process of tolerance and dependence. Recently, several research groups have searched for alcohol-responsive genes using high-throughput microarrays and well-characterized human post-mortem material. Comparison of data from these studies of cortical regions highlights the differences in experimental approach and selection of cases. However, alcohol-responsive gene sets associated with transcription, oxidative stress and energy production were common to these studies. In marked contrast, alcohol-responsive genes in the nucleus accumbens and the ventral tegmental area are primarily associated with changes in neurotransmission and signal transduction. These data support the concept that, within cortical regions, changes in gene expression are associated with alcoholism-related pathology. In the dopaminergic tract of the mesocorticolimbic system, alcohol-responsive gene sets suggest long-term neuroplastic changes in synaptic transmission.

Crystallization of the C-terminal domain of the mouse brain cytosolic long-chain acyl-CoA thioesterase

The mammalian long-chain acyl-CoA thioesterase, the enzyme that catalyses the hydrolysis of acyl-CoAs to free fatty acids, contains two fused 4HBT (4-hydroxybenzoyl-CoA thioesterase) motifs. The C-terminal domain of the mouse long-chain acyl-CoA thioesterase (Acot7) has been expressed in bacteria and crystallized. The crystals were obtained by vapour diffusion using PEG 2000 MME as precipitant at pH 7.0 and 290 K. The crystals have the symmetry of space group R32 ( unit-cell parameters a = b = 136.83, c = 99.82 angstrom, gamma = 120 degrees). Two molecules are expected in the asymmetric unit. The crystals diffract to 2.4 angstrom resolution using the laboratory X-ray source and are suitable for crystal structure determination.

Identification of a novel inositol phosphate recognition site: specific [3H]inositol hexakisphosphate binding to brain regions and cerebellar membranes

[3H]Inositol hexakisphosphate (InsP6) binds with a heterogeneous distribution to frozen sections of unfixed rat brain and is displaced by unlabelled InsP6. The pattern of binding correlates with binding to neuronal cell bodies. [3H]InsP6 binding to cerebellar membranes has been further characterised, is reversible, and saturable, and exhibits high specificity for inositol polyphosphates. The IC50 for competition by unlabelled InsP6 is approximately 100nM, whereas inositol 1,3,4,5,6 pentakisphosphate (Ins(13456)P5), inositol 1,3,4,5 tetrakisphosphate (Ins(1345)P4), and inositol 1,4,5 trisphosphate (Ins(145)P3) bind with an affinity at least one order of magnitude lower. [3H]InsP6 binding is clearly distinct from previously characterised Ins(145)P3 (ref. 1, 2) and Ins(1345)P4 (ref. 3) binding, both in terms of pharmacology and brain distribution.