Synaptic dysfunction, memory deficits and hippocampal atrophy due to ablation of mitochondrial fission in adult forebrain neurons.

Well-balanced mitochondrial fission and fusion processes are essential for nervous system development. Loss of function of the main mitochondrial fission mediator, dynamin-related protein 1 (Drp1), is lethal early during embryonic development or around birth, but the role of mitochondrial fission in adult neurons remains unclear. Here we show that inducible Drp1 ablation in neurons of the adult mouse forebrain results in progressive, neuronal subtype-specific alterations of mitochondrial morphology in the hippocampus that are marginally responsive to antioxidant treatment. Furthermore, DRP1 loss affects synaptic transmission and memory function. Although these changes culminate in hippocampal atrophy, they are not sufficient to cause neuronal cell death within 10 weeks of genetic Drp1 ablation. Collectively, our in vivo observations clarify the role of mitochondrial fission in neurons, demonstrating that Drp1 ablation in adult forebrain neurons compromises critical neuronal functions without causing overt neurodegeneration.

Influence of PTPN2 and pre-existing immunity on the generation of effector and memory CD8 T cells

Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection envers les maladies infectieuses. Au cours d'une réponse à une infection primaire, des cellules B et des cellules T spécifiques, dirigées contre le pathogène en question, sont générées et certaines d'entre elles deviennent des cellules dites mémoires. Leur fonction est de nous protéger contre une nouvelle infection avec le même pathogène, une infection secondaire. Dans certaines situations, comme c'est par exemple le cas avec la grippe, les pathogènes ne sont pas toujours complètement identiques et les cellules mémoires ne sont pas à même d'assurer leur rôle protecteur et d'empêcher une réinfection. Pourtant, on ne sait à l'heure actuelle que très peu comment une immunité acquise, mais non protectrice, influence le développement d'une réponse immunitaire ultérieure. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié comment les cellules T mémoires cytotoxiques altèrent la réponse de cellules T cytotoxiques nouvellement induites. Au cours d'une réaction immunitaire dirigée contre une infection primaire, un vaste répertoire de lymphocytes T est créé, constitué de cellules T possédant divers degrés d'affinité pour le pathogène. Lors d'une infection secondaire, seules les cellules T ayant une forte affinité pour le pathogène participent à la réponse. Nous avons pu démontrer que ce phénomène de restriction du répertoire des cellules T est principalement causé par les cellules T mémoires qui sont à même de reconnaître un antigène pathogénique présent dans les deux infections. Dans un deuxième projet, nous avons étudié comment l'absence de PTPN2 influence la réponse des cellules T. Chez l'homme, une mutation dans le gène de PTPN2 est associée à des maladies auto-immunes et résulte en une activité réduite de cette phosphatase dans les lymphocytes T. Nous avons montré que la baisse d'activité de la phosphatase PTNP2 conduit à une meilleure expansion des cellules T ayant une qualité comparable à des cellules T auto-antigène spécifiques. De plus, nous avons observé que la survie de ces cellules T effectues ayant une phosphatase diminuée est nettement améliorée. Cela peut conduire à une réponse immunitaire plus efficace ou, éventuellement, à une pathologie auto-immune plus grave. En outre, nos résultats montrent qu'en manipulant l'activité de cette phosphatase, il est possible d'augmenter l'efficacité du transfert des cellules T dans un hôte receveur. Un tel transfert de cellules T est pratiqué chez des patients atteints de tumeurs. Nos travaux suggèrent que la manipulation de la phosphatase PTPN2 pourrait donc représenter une approche thérapeutique novatrice et prometteuse. -- Notre système immunitaire joue un rôle important pour la protection contre les maladies. Les cellules T CD8+ ont une importance primordiale pour le contrôle d'infections primaires causées par des virus ou bactéries, mais également contre certaines tumeurs. Par conséquent, mieux comprendre les exigences nécessaires à l'induction de bonnes réponses des cellules T CD8 pourrait nous permettre de construire des vaccins contre les pathogènes contre lesquels nous n'avons pour l'instant pas de vaccins mais aussi d'améliorer les réactions immunitaires dirigées anti-tumorales. Dans la première partie de cette thèse, nous avons étudié l'influence qu'une immunité préexistante a sur la réponse des cellules T CD8. Nous sommes souvent exposés à des pathogènes qui sont similaires mais pas identiques à ceux que nous avons rencontrés auparavant. De telles infections hétérologues ne sont pas l'objet de beaucoup d'études et certains exemples indiquent même qu'une immunité préexistante partielle peut mener à une aggravation de la maladie. Nous avons étudié le répertoire des lymphocytes T CD8 qui sont générés lors d'une rencontre avec un nouvel antigène, et ce en comparant infection primaire et secondaire. En utilisant le modèle expérimental d'infections à Listeria monocytogenes, nous avons pu montrer que lors d'une infection primaire, un répertoire diversifié comprenant des cellules T CD8 de forte et faible affinité est constitué. Au contraire, dans le cas d'une infection secondaire, le répertoire des cellules T est fortement limité et seulement les lymphocytes T de forte affinité sont impliqués dans la réponse immunitaire. Nous avons pu démontrer que ces Rangements sont provoqués par des cellules T CD8 mémoires capables de reconnaître un antigène présent dans les deux infections. Cette augmentation du seuil d'activation des cellules effectrices est majoritairement causée par les lymphocytes T CD8 mémoires non transférables. Ces observations indiquent que les vaccins visant à induire des cellules T anti-tumorales de faible affinité seraient inefficaces si le vaccin contient des épitopes contre lesquels il existe une mémoire immunologique. Les réponses immunitaires conduites par les cellules T contre les antigènes tumoraux dépendent des cellules T CD8 de faible réactivité contre les antigènes tumoraux puisque les cellules à forte réactivité sont éliminées par les mécanismes de tolérance. Nous basant sur l'existence dans la littérature de preuves indiquant que PTPN2 influence la réponse des cellules T de faible affinité, nous nous sommes intéressés à comprendre comment PTPN2 impacte les réponses des cellules T CD8 en général. Nous avons remarqué que des cellules T CD8 déficientes en PTPN2 exhibent une meilleure capacité à proliférer suite à une faible ou courte stimulation du récepteur des lymphocytes T. La phase effectrice est prolongée et la contraction retardée résultant ainsi à globalement plus de cellules effectrices. Ce phénomène est également accompagné d'une meilleure survie des cellules effectrices de différentiation terminale. Une fois transférées dans un nouvel hôte receveur, les cellules effectrices terminales KLRG1+CD127- déficientes en phosphatase PTPN2 peuvent survivre et se transformer en cellules mémoires CD127+ fonctionnelles. De façon inattendue, nous avons découvert que l'élimination de PTPN2 améliore l'efficacité du transfert et la formation des cellules mémoires ainsi que leur capacité protectrice. Manipuler l'activité de cette phosphatase apparaît donc comme une approche intéressante et prometteuse pour la thérapie cellulaire par transfert adoptif de lymphocytes T. Nos observations montrent que la manipulation d'un facteur intrinsèque, l'absence de PTPN2, peut, dans certaines circonstances, améliorer la réponse des cellules T. Une meilleure connaissance des mécanismes contrôlant la réponse des lymphocytes T CD8 pourrait donc permettre la manipulation de ces derniers et conduire à des réponses immunitaires plus vigoureuses. Si ces réponses sont déclenchées par l'utilisation de vaccins, il est nécessaire de considérer l'historique d'une exposition préalable à des agents pathogènes ou à des vaccins puisque celle-ci peut, comme nous l'avons démontré, influencer le répertoire des cellules T recrutées dans la réponse immunitaire et, par conséquent, modifier l'aptitude de notre système immunitaire à faire face à une infection. -- Our immune system plays an important role in the protection from disease. CD8 T cells are critical for the control of primary infections with most viruses and certain bacteria as well as against some tumors. Therefore, better knowledge of CD8 T cell responses might enable us to generate vaccines against pathogens for which currently no vaccines are available or to improve anti-tumor immune responses. In the first part of this thesis we addressed the issue how previously acquired immunity impacts on the response of CD8 T cells. We are often exposed to pathogens that are related but not identical to the previously encountered ones. Such heterologous infections are not well studied and there are some indications that partial pre-existing immunity may in some cases even lead to an enhancement of disease. We specifically studied the T cell repertoire of CD8 T cells that are responding to a newly encountered antigen in secondary compared to primary infections. Using the experimental model of Listeria monocytogenes infections, we showed that in primary infections a wide repertoire including high and low affinity CD8 T cells is recruited into the immune response. In contrast to this, in secondary infections, the T cell repertoire is severely restricted and only T cells of high affinity are responding. We were able to pinpoint this difference to the presence of memory CD8 T cells that recognize an antigen that is shared between the two subsequent infections. This increase in the activation threshold was most effectively mediated via non-transferable memory CD8 T cells. This would argue that vaccines targeting low affinity tumor-specific T cells would fail if the vaccine contains previously encountered CD8 T cell epitopes. T cell mediated immune responses to tumor antigen rely often on T cells which weakly react to tumor antigen as high affinity T cells are eliminated by tolerance mechanisms. Following indication in the literature that PTPN2 impacts on the response of such weakly antigen-reactive T cells, we investigated how PTPN2 impacts in general the response of CD8 T cells. We observed that CD8 T cells lacking PTPN2 show an enhanced expansion following weak or short-term T cell receptor stimulation. The effector phase is prolonged and contraction delayed thus resulting in overall more effector cells. This is accompanied by a better survival of terminal effector cells. When transferred into new recipients, KLRG1+CD127- terminal effector cells lacking PTPN2 can survive and convert into CD127+ functional memory cells. Surprisingly, we discovered that elimination of PTPN2 enhances the transfer efficacy and formation of memory cells as well as the protective capacity. Targeting PTPN2 might thus be a promising approach for adoptive T cell therapy. Our observations show how the manipulation of an intrinsic factor, the absence of PTPN2, can enhance T cell responses under certain circumstances. A better understanding of underlying mechanisms for the control of CDS T cell responses might enable the manipulation of these and allow for more powerful responses. If these responses are induced through vaccines it is imperative that the previous history of exposure to pathogens or vaccines is considered as it can, as we have shown in this thesis, influence the recruited T cell repertoire and thus possibly the ability to handle the infection.

Mammalian Target of Rapamycin Complex 2 Controls CD8 T Cell Memory Differentiation in a Foxo1-Dependent Manner.

Upon infection, antigen-specific naive CD8 T cells are activated and differentiate into short-lived effector cells (SLECs) and memory precursor cells (MPECs). The underlying signaling pathways remain largely unresolved. We show that Rictor, the core component of mammalian target of rapamycin complex 2 (mTORC2), regulates SLEC and MPEC commitment. Rictor deficiency favors memory formation and increases IL-2 secretion capacity without dampening effector functions. Moreover, mTORC2-deficient memory T cells mount more potent recall responses. Enhanced memory formation in the absence of mTORC2 was associated with Eomes and Tcf-1 upregulation, repression of T-bet, enhanced mitochondrial spare respiratory capacity, and fatty acid oxidation. This transcriptional and metabolic reprogramming is mainly driven by nuclear stabilization of Foxo1. Silencing of Foxo1 reversed the increased MPEC differentiation and IL-2 production and led to an impaired recall response of Rictor KO memory T cells. Therefore, mTORC2 is a critical regulator of CD8 T cell differentiation and may be an important target for immunotherapy interventions.

Accessing forgotten memory traces from long-term memory via visual movements

Because memory retrieval often requires overt responses, it is difficult to determine to what extend forgetting occurs as a problem in explicit accessing of long-term memory traces. In this study, we used eye-tracking measures in combination with a behavioural task that favoured high forgetting rates to investigate the existence of memory traces from long-term memory in spite of failure in accessing them consciously. In 2 experiments, participants were encouraged to encode a large set of sound-picture56 location associations. In a later test, sounds were presented and participants were instructed to visually scan, before a verbal memory report, for the correct location of the associated pictures in an empty screen. We found the reactivation of associated memories by sound cues at test biased oculomotor behaviour towards locations congruent with memory representations, even when participants failed to consciously provide a memory report of it. These findings reveal the emergence of a memory-guided behaviour that can be used to map internal representations of forgotten memories from long-term memory.

Individual Differences in True and False Memory Retrieval Are Related to White Matter Brain Microstructure

We sometimes vividly remember things that did not happen, a phenomenon with general relevance, not only in the courtroom. It is unclear to what extent individual differences in false memories are driven by anatomical differences in memory-relevant brain regions. Here we show in humans that microstructural properties of different white matter tracts as quantified using diffusion tensor imaging are strongly correlated with true and false memory retrieval. To investigate these hypotheses, we tested a large group of participants in a version of the Deese-Roediger-McDermott paradigm (recall and recognition) and subsequently obtained diffusion tensor images. A voxel-based whole-brain level linear regression analysis was performedto relatefractional anisotropyto indices oftrue andfalse memory recall and recognition. True memory was correlated to diffusion anisotropy in the inferior longitudinal fascicle, the major connective pathway of the medial temporal lobe, whereas a greater proneness to retrieve false items was related to the superior longitudinal fascicle connecting frontoparietal structures. Our results show that individual differences in white matter microstructure underlie true and false memory performance.

El papel de la memoria de trabajo en el cálculo mental un cuarto de siglo después de Hitch = The role of working memory in mental arithmetic a quarter of century after Hitch

Desde que Hitch (1978) publicó el primer estudio sobre el rol de la memoria de trabajo en el cálculo han idoaumentando las investigaciones en este campo. Muchos trabajos han estudiado un único subsistema, pero nuestroobjetivo es identificar qué subsistema de la memoria de trabajo (bucle fonológico, agenda viso-espacial o ejecutivocentral) está más implicado en el cálculo mental. Para ello hemos realizado un estudio correlacional en el quehemos administrado dos pruebas aritméticas y nueve pruebas de la “Bateria de Test de Memòria de Treball” dePickering, Baqués y Gathercole (1999) a una muestra de 94 niños españoles de 7-8 años. Nuestros resultadosindican que el bucle fonológico y sobretodo el ejecutivo central inciden de forma estadísticamente significativa enel rendimiento aritmético

The republican case for workplace democracy

The republican case for workplace democracy (WD) is presented and defended from two alternative means of ensuring freedom from arbitrary interference in the firmnamely, (a) the right to freely exit the firm and (b) workplace regulation. This paper shows, respectively, that costless exit is neither possible nor desirable in either perfect or imperfect labor markets, and that managerial discretion is both desirable and inevitable due to the incompleteness of employment contracts and labor legislation. The paper then shows that WD is necessary, from a republican standpoint, if workers" interests are to be adequately tracked in the exercise of managerial authority. Three important objections are finally addressed (i) that WD is redundant, (ii) that it is unnecessary provided that litigation and unionism can produce similar outcomes, and (iii) that it falls short of ensuring republican freedom compared to self-employment.

Studying Memory Encoding to Promote Reliable Engagement of the Medial Temporal Lobe at the Single-subject Level

The medial temporal lobe (MTL)-comprising hippocampus and the surrounding neocortical regions-is a targeted brain area sensitive to several neurological diseases. Although functional magnetic resonance imaging (fMRI) has been widely used to assess brain functional abnormalities, detecting MTL activation has been technically challenging. The aim of our study was to provide an fMRI paradigm that reliably activates MTL regions at the individual level, thus providing a useful tool for future research in clinical memory-related studies. Twenty young healthy adults underwent an event-related fMRI study consisting of three encoding conditions: word-pairs, face-name associations and complex visual scenes. A region-of-interest analysis at the individual level comparing novel and repeated stimuli independently for each task was performed. The results of this analysis yielded activations in the hippocampal and parahippocampal regions in most of the participants. Specifically, 95% and 100% of participants showed significant activations in the left hippocampus during the face-name encoding and in the right parahippocampus, respectively, during scene encoding. Additionally, a whole brain analysis, also comparing novel versus repeated stimuli at the group level, showed mainly left frontal activation during the word task. In this group analysis, the face-name association engaged the HP and fusiform gyri bilaterally, along with the left inferior frontal gyrus, and the complex visual scenes activated mainly the parahippocampus and hippocampus bilaterally. In sum, our task design represents a rapid and reliable manner to study and explore MTL activity at the individual level, thus providing a useful tool for future research in clinical memory-related fMRI studies.

Memory as acquaintance with the past: some Lessons from Russell, 1912-1914

Russell's theory of memory as acquaintance with the past seems to square uneasily with his definition of acquaintance as the converse of the relation of presentation of an object to a subject. We show how the two views can be made to cohere under a suitable construal of 'presentation', which has the additional appeal of bringing Russell's theory of memory closer to contemporary views on direct reference and object-dependent thinking than is usually acknowledged. The drawback is that memory as acquaintance with the past falls short of fulfilling Russell's requirement that knowledge by acquaintance be discriminating knowledge - a shortcoming shared by contemporary externalist accounts of knowledge from memory.

Memory studies - kohti tutkimusalueen vakiintumista

Teemanumero 2/2011: Media ja menneisyys.

Lectio praecursoria : Systems between information and knowledge : in a memory management model of an extended enterprise

VTT Jouni Meriluodon valtio-opin alaan kuuluva väitöskirja Systems between information and knowledge : in a memory management model of an extended enterprise tarkastettiin 21.6.2011 Helsingin yliopistossa.

Memory Effects in the Dynamics of Open Quantum Systems

In this Thesis various aspects of memory effects in the dynamics of open quantum systems are studied. We develop a general theoretical framework for open quantum systems beyond the Markov approximation which allows us to investigate different sources of memory effects and to develop methods for harnessing them in order to realise controllable open quantum systems. In the first part of the Thesis a characterisation of non-Markovian dynamics in terms of information flow is developed and applied to study different sources of memory effects. Namely, we study nonlocal memory effects which arise due to initial correlations between two local environments and further the memory effects induced by initial correlations between the open system and the environment. The last part focuses on describing two all-optical experiment in which through selective preparation of the initial environment states the information flow between the system and the environment can be controlled. In the first experiment the system is driven from the Markovian to the non- Markovian regime and the degree of non-Markovianity is determined. In the second experiment we observe the nonlocal nature of the memory effects and provide a novel method to experimentally quantify frequency correlations in photonic environments via polarisation measurements.

Neurocognitive changes in early-stage Parkinson's disease : functional and structural brain correlates of memory and verbal functions

Resultaten påvisade små, men mätbara försämringar i minnes- och verbal förmåga hos personer som haft Parkinsons sjukdom under tre år. Jämfört med en kontrollgrupp uppvisade Parkinsonpatienter avvikande responser i hjärnans elektriska aktivitet under en korttidsminnesuppgift, och de presterade även sämre i olika typer av andra minnesuppgifter. Försämring i en specifik typ av minnesuppgift korrelerade med förminskad volym i höger hjärnhalva. Samband hittades också mellan sämre verbal förmåga och förminskad volym i djupa hjärnstrukturer. Förminskad hjärnvolym har tidigare påvisats hos dementa patienter i senare sjukdomsstadier. Forskningsresultaten bidrar med ny kunskap om kognitiva symptom och deras neurala bakgrund vid Parkinsons sjukdom. De tyder också på att tidig kognitiv funktionsnedsättning kan identifieras, vilket kan bidra till utvecklingen av sjukdomens behandling. Parkinsons sjukdom är den näst vanligaste neurogeriatriska sjukdomen efter Alzheimers sjukdom. Symptomen uppstår som följd av förminskad produktion av hjärnans transmittorämne dopamin. Parkinsons sjukdom har traditionellt betraktats som en progressiv motorisk sjukdom. Ny forskning tyder på att multipla hjärnsystem skadas, vilket resulterar i att även tankeprocesser påverkas. 75-80% uppskattas insjukna i demens 10-15 år efter diagnos, men det kognitiva sjukdomsförloppet och orsaken till demenssymptomen är tillsvidare okänd. I Finland uppskattas ca 10-12 000 personer ha Parkinsons sjukdom, varav ca 3 000 uppskattas ha demens. ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Tutkimuksessa todettiin lieviä muutoksia muisti- ja kielellisissä toiminnoissa alle kolme vuotta sairastaneilla Parkinson-potilailla. Potilailla havaittiin poikkeavia aivosähkötoiminnan vasteita lyhytkestoista muistia mittaavan tehtävän aikana. Potilaat suoriutuivat myös verrokkiryhmää heikommin useissa muistitehtävissä. Heikentynyt tahaton muisti liittyi pienempään aivokuoren harmaan aineen paikalliseen tilavuuteen. Heikompi kielellinen suoriutuminen liittyi pienempään harmaan aineen tilavuuteen aivojen syvissä rakenteissa. Pienentyneitä aivorakenteiden tilavuuksia on aiemmin todettu dementoituneilla Parkinson-potilailla sairauden myöhemmissä vaiheissa. Tutkimustulokset tuovat uutta tietoa Parkinsonin taudin kognitiivisista oireista ja niiden aivoperäisestä taustasta. Tulosten perusteella on mahdollista tunnistaa jo varhaisia kognitiivisia muutoksia, mikä voi mahdollistaa tehokkaamman hoidon kohdentamisen. Parkinsonin tauti on Alzheimerin taudin jälkeen toiseksi yleisin neurogeriatrinen sairaus. Oirekuva liittyy aivojen dopaminergisen järjestelmän rappeutumiseen. Perinteisesti liikehäiriösairaudeksi luokiteltu sairaus vaurioittaa lukuisia muita aivojärjestelmiä aiheuttaen muutoksia myös mm. ajattelutoiminnoissa. Pitkään sairastaneista 75–80 prosentilla esiintyy dementiaoireita, mutta oireiden syy ja kehityskaari tunnetaan toistaiseksi huonosti. Suomessa on arviolta 10–12 000 Parkinson-potilasta, joista noin 3 000 arvioidaan kärsivän dementiaoireista.