Evolutionary conservation and murine embryonic expression of the gene encoding the SERTA domain-containing protein CDCA4 (HEPP)

Cdca4 (Hepp) was originally identified as a gene expressed specifically in hematopoietic progenitor cells as opposed to hematopoietic stem cells. More recently, it has been shown to stimulate p53 activity and also lead to p53-independent growth inhibition when overexpressed. We independently isolated the murine Cdca4 gene in a genomic expression-based screen for genes involved in mammalian craniofacial development, and show that Cdca4 is expressed in a spatio-temporally restricted pattern during mouse embryogenesis. In addition to expression in the facial primordia including the pharyngeal arches, Cdca4 is expressed in the developing limb buds, brain, spinal cord, dorsal root ganglia, teeth, eye and hair follicles. Along with a small number of proteins from a range of species, the predicted CDCA4 protein contains a novel SERTA motif in addition to cyclin A-binding and PHD bromodomain-binding regions of homology. While the function of the SERTA domain is unknown, proteins containing this domain have previously been linked to cell cycle progression and chromatin remodelling. Using in silico database mining we have extended the number of evolutionarily conserved orthologues of known SERTA domain proteins and identified an uncharacterised member of the SERTA domain family, SERTAD4, with orthologues to date in human, mouse, rat, dog, cow, Tetraodon and chicken. Immunolocalisation of transiently and stably transfected epitope-tagged CDCA4 protein in mammalian cells suggests that it resides predominantly in the nucleus throughout all stages of the cell cycle. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

A comparison of high-content screening versus manual analysis to assay the effects of mesenchymal stem cell-conditioned medium on neurite outgrowth in vitro

Bone marrow mesenchymal stem cells (MSCs) promote nerve growth and functional recovery in animal models of spinal cord injury (SCI) to varying levels. The authors have tested high-content screening to examine the effects of MSC-conditioned medium (MSC-CM) on neurite outgrowth from the human neuroblastoma cell line SH-SY5Y and from explants of chick dorsal root ganglia (DRG). These analyses were compared to previously published methods that involved hand-tracing individual neurites. Both methods demonstrated that MSC-CM promoted neurite outgrowth. Each showed the proportion of SH-SY5Y cells with neurites increased by ~200% in MSC-CM within 48 h, and the number of neurites/SH-SY5Y cells was significantly increased in MSC-CM compared with control medium. For high-content screening, the analysis was performed within minutes, testing multiple samples of MSC-CM and in each case measuring >15,000 SH-SY5Y cells. In contrast, the manual measurement of neurite outgrowth from >200 SH-SY5Y cells in a single sample of MSC-CM took at least 1 h. High-content analysis provided additional measures of increased neurite branching in MSC-CM compared with control medium. MSC-CM was also found to stimulate neurite outgrowth in DRG explants using either method. The application of the high-content analysis was less well optimized for measuring neurite outgrowth from DRG explants than from SH-SY5Y cells.

Initiation and progression of ossification of the posterior longitudinal ligament of the cervical spine in the hereditary spinal hyperostotic mouse (twy/twy)

Ossification of the posterior longitudinal ligament (OPLL) is a significantly critical pathology that can eventually cause serious myelopathy. Ossification commences in the vertebral posterior longitudinal ligaments, and intensifies and spreads with the progression of the disease, resulting in osseous projections and compression of the spinal cord. However, the paucity of histological studies the underlying mechanisms of calcification and ossification processes remain obscure. The pathological process could be simulated in the ossifying process of the ligament in mutant spinal hyperostotic mouse (twy/twy). The aim of this study is to observe that enlargement of the nucleus pulposus followed by herniation, disruption and regenerative proliferation of annulus fibrosus cartilaginous tissues participated in the initiation of ossification of the posterior longitudinal ligament of twy/twy mice.

Bone marrow stromal cells stimulate neurite outgrowth over neural proteoglycans (CSPG), myelin associated glycoprotein and Nogo-A

In animal models, transplantation of bone marrow stromal cells (MSC) into the spinal cord following injury enhances axonal regeneration and promotes functional recovery. How these improvements come about is currently unclear. We have examined the interaction of MSC with neurons, using an established in vitro model of nerve growth, in the presence of substrate-bound extracellular molecules that are thought to inhibit axonal regeneration, i.e., neural proteoglycans (CSPG), myelin associated glycoprotein (MAG) and Nogo-A. Each of these molecules repelled neurite outgrowth from dorsal root ganglia (DRG) in a concentration-dependent manner. However, these nerve-inhibitory effects were much reduced in MSC/DRG co-cultures. Video microscopy demonstrated that MSC acted as "cellular bridges" and also "towed" neurites over the nerve-inhibitory substrates. Whereas conditioned medium from MSC cultures stimulated DRG neurite outgrowth over type I collagen, it did not promote outgrowth over CSPG, MAG or Nogo-A. These findings suggest that MSC transplantation may promote axonal regeneration both by stimulating nerve growth via secreted factors and also by reducing the nerve-inhibitory effects of the extracellular molecules present.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Sonic hedgehog signaling regulates mode of cell division of early cerebral cortex progenitors and increases

The morphogen Sonic Hedgehog (SHH) plays a critical role in the development of different tissues. In the central nervous system, SHH is well known to contribute to the patterning of the spinal cord and separation of the brain hemispheres. In addition, it has recently been shown that SHH signaling also contributes to the patterning of the telencephalon and establishment of adult neurogenic niches. In this work, we investigated whether SHH signaling influences the behavior of neural progenitors isolated from the dorsal telencephalon, which generate excitatory neurons and macroglial cells in vitro. We observed that SHH increases proliferation of cortical progenitors and generation of astrocytes, whereas blocking SHH signaling with cyclopamine has opposite effects. In both cases, generation of neurons did not seem to be affected. However, cell survival was broadly affected by blockade of SHH signaling. SHH effects were related to three different cell phenomena: mode of cell division, cell cycle length and cell growth. Together, our data in vitro demonstrate that SHH signaling controls cell behaviors that are important for proliferation of cerebral cortex progenitors, as well as differentiation and survival of neurons and astroglial cells.

Sonic hedgehog signaling regulates mode of cell division of early cerebral cortex progenitors and increases

The morphogen Sonic Hedgehog (SHH) plays a critical role in the development of different tissues. In the central nervous system, SHH is well known to contribute to the patterning of the spinal cord and separation of the brain hemispheres. In addition, it has recently been shown that SHH signaling also contributes to the patterning of the telencephalon and establishment of adult neurogenic niches. In this work, we investigated whether SHH signaling influences the behavior of neural progenitors isolated from the dorsal telencephalon, which generate excitatory neurons and macroglial cells in vitro. We observed that SHH increases proliferation of cortical progenitors and generation of astrocytes, whereas blocking SHH signaling with cyclopamine has opposite effects. In both cases, generation of neurons did not seem to be affected. However, cell survival was broadly affected by blockade of SHH signaling. SHH effects were related to three different cell phenomena: mode of cell division, cell cycle length and cell growth. Together, our data in vitro demonstrate that SHH signaling controls cell behaviors that are important for proliferation of cerebral cortex progenitors, as well as differentiation and survival of neurons and astroglial cells.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

In situ epicatechin-loaded hydrogel implants for local drug delivery to spinal column for effective management of post-traumatic spinal injuries

Purpose: To prepare hydrogels loaded with epicatechin, a strong antioxidant, anti-inflammatory, and neuroprotective tea flavonoid, and characterise them in situ as a vehicle for prolonged and safer drug delivery in patients with post-traumatic spinal cord injury. Methods: Five in situ gel formulations were prepared using chitosan and evaluated in terms of their visual appearance, clarity, pH, viscosity, and in vitro drug release. In vivo anti-inflammatory activity was determined and compared with 2 % piroxicam gel as standard. Motor function activity in a rat model of spinal injury was examined comparatively with i.v. methylprednisolone as standard. Results: The N-methyl pyrrolidone solution (containing 1 % w/w epicatechin with 2 to 10 % w/w chitosan) of the in situ gel formulation had a uniform pH in the range of 4.01 ± 0.12 to 4.27 ± 0.02. High and uniform drug loading, ranging from 94.48 ± 1.28 to 98.08 ± 1.24 %, and good in vitro drug release (79.48 ± 2.84 to 96.48 ± 1.02 % after 7 days) were achieved. The in situ gel prepared from 1 % epicatechin and 2 % chitosan (E5) showed the greatest in vivo anti-inflammatory activity (60.58 % inhibition of paw oedema in standard carrageenan-induced hind rat paw oedema model, compared with 48.08 % for the standard). The gels showed significant therapeutic effectiveness against post-traumainduced spinal injury in rats. E5 elicited maximum motor activity (horizontal bar test) in the spinal injury rat model; the rats that received E5 treatment produced an activity score of 3.62 ± 0.02 at the end of 7 days, compared with 5.0 ± 0.20 following treatment with the standard. Conclusion: In situ epicatechin-loaded gel exhibits significant neuroprotective and anti-inflammatory effects, and therefore can potentially be used for prolonged and safe drug delivery in patients with traumatic spinal cord injury.

Percentiles de la prueba de carrera de ida y vuelta 4x10 m en escolares de 9 a 17 años de Bogotá, Colombia: Estudio FUPRECOL

Objetivo: Este estudio describe los percentiles de la prueba de carrera de ida y vuelta 4 x 10 m en escolares de 9 a 17 años, de Bogotá, Colombia, pertenecientes al estudio Asociación de la fuerza prensil con manifestaciones tempranas de riesgo cardiovascular en niños colombianos. “FUPRECOL” Métodos: Estudio descriptivo transversal, en 2502 varones (42.7%) y 3349 mujeres (57,2%), de edades entre 9 y 17 años, pertenecientes a 24 instituciones educativas del sector oficial, en Bogotá, Colombia. La velocidad/agilidad se evaluó con la prueba de carrera de ida y vuelta 4 x 10 m (componente motor de la batería Fuprecol). Se calcularon los percentiles (P3, P10, P25, P50, P75, P90 y P97) y curvas centiles por el método LMS, según el sexo y la edad; y se realizó una comparación entre los valores de la velocidad-agilidad observados con estudios internacionales. Resultados: La edad promedio de los participantes fue 12,7 (DE 2,4) años. Al comparar por sexos, los varones presentan un mejor rendimiento en la prueba de carrera 4 x 10 m que las mujeres. En varones, el P50 osciló entre 11,9 segundos y 13,1 segundos, mientras que en mujeres el P50 osciló entre 14,3 segundos y 15,0 segundos. Al comparar los resultados de este estudio por grupos de edades y sexos, con trabajos internacionales, el P50 fue mayor al reportado en los trabajos de España, Portugal y el estudio HELENA realizado en 9 países europeos. Esta misma tendencia fue observada al comparar la media y la desviación estándar con escolares de Argentina, Francia y el mismo estudio HELENA. Conclusiones: Se registran percentiles de la prueba de carrera de ida y vuelta 4 x 10 m en función de las edades y el sexo. Estos valores pueden ser utilizados tanto para evaluar los niveles de aptitud de los estudiantes como para detectar a estudiantes cuyos niveles de condición física están por debajo de un mínimo saludable.

An investigation of dose calculation accuracy in intensity-modulated radiotherapy of sites in the head & neck

Knowledge of the accuracy of dose calculations in intensity-modulated radiotherapy of the head and neck is essential for clinical confidence in these highly conformal treatments. High dose gradients are frequently placed very close to critical structures, such as the spinal cord, and good coverage of complex shaped nodal target volumes is important for long term-local control. A phantom study is presented comparing the performance of standard clinical pencil-beam and collapsed-cone dose algorithms to Monte Carlo calculation and three-dimensional gel dosimetry measurement. All calculations and measurements are normalized to the median dose in the primary planning target volume, making this a purely relative study. The phantom simulates tissue, air and bone for a typical neck section and is treated using an inverse-planned 5-field IMRT treatment, similar in character to clinically used class solutions. Results indicate that the pencil-beam algorithm fails to correctly model the relative dose distribution surrounding the air cavity, leading to an overestimate of the target coverage. The collapsed-cone and Monte Carlo results are very similar, indicating that the clinical collapsed-cone algorithm is perfectly sufficient for routine clinical use. The gel measurement shows generally good agreement with the collapsed-cone and Monte Carlo calculated dose, particularly in the spinal cord dose and nodal target coverage, thus giving greater confidence in the use of this class solution.