Régulation moléculaire de la barrière hémo-encéphalique

La Sclérose en plaques (SEP) est une maladie auto-immune inflammatoire démyélinisante du système nerveux central (SNC), lors de laquelle des cellules inflammatoires du sang périphérique infiltrent le SNC pour y causer des dommages cellulaires. Dans ces réactions neuroinflammatoires, les cellules immunitaires traversent le système vasculaire du SNC, la barrière hémo-encéphalique (BHE), pour avoir accès au SNC et s’y accumuler. La BHE est donc la première entité que rencontrent les cellules inflammatoires du sang lors de leur migration au cerveau. Ceci lui confère un potentiel thérapeutique important pour influencer l’infiltration de cellules du sang vers le cerveau, et ainsi limiter les réactions neuroinflammatoires. En effet, les interactions entre les cellules immunitaires et les parois vasculaires sont encore mal comprises, car elles sont nombreuses et complexes. Différents mécanismes pouvant influencer la perméabilité de la BHE aux cellules immunitaires ont été décrits, et représentent aujourd’hui des cibles potentielles pour le contrôle des réactions neuro-immunes. Cette thèse a pour objectif de décrire de nouveaux mécanismes moléculaires opérant au niveau de la BHE qui interviennent dans les réactions neuroinflammatoires et qui ont un potentiel thérapeutique pour influencer les interactions neuro-immunologiques. Ce travail de doctorat est séparé en trois sections. La première section décrit la caractérisation du rôle de l’angiotensine II dans la régulation de la perméabilité de la BHE. La seconde section identifie et caractérise la fonction d’une nouvelle molécule d’adhérence de la BHE, ALCAM, dans la transmigration de cellules inflammatoires du sang vers le SNC. La troisième section traite des propriétés sécrétoires de la BHE et du rôle de la chimiokine MCP-1 dans les interactions entre la BHE et les cellules souches. Dans un premier temps, nous démontrons l’importance de l’angiotensinogène (AGT) dans la régulation de la perméabilité de la BHE. L’AGT est sécrété par les astrocytes et métabolisé en angiotensine II pour pouvoir agir au niveau des CE de la BHE à travers le récepteur à l’angiotensine II, AT1 et AT2. Au niveau de la BHE, l’angiotensine II entraîne la phosphorylation et l’enrichissement de l’occludine au sein de radeaux lipidiques, un phénomène associé à l’augmentation de l’étanchéité de la BHE. De plus, dans les lésions de SEP, on retrouve une diminution de l’expression de l’AGT et de l’occludine. Ceci est relié à nos observations in vitro, qui démontrent que des cytokines pro-inflammatoires limitent la sécrétion de l’AGT. Cette étude élucide un nouveau mécanisme par lequel les astrocytes influencent et augmentent l’étanchéité de la BHE, et implique une dysfonction de ce mécanisme dans les lésions de la SEP où s’accumulent les cellules inflammatoires. Dans un deuxième temps, les techniques établies dans la première section ont été utilisées afin d’identifier les protéines de la BHE qui s’accumulent dans les radeaux lipidiques. En utilisant une technique de protéomique nous avons identifié ALCAM (Activated Leukocyte Cell Adhesion Molecule) comme une protéine membranaire exprimée par les CE de la BHE. ALCAM se comporte comme une molécule d’adhérence typique. En effet, ALCAM permet la liaison entre les cellules du sang et la paroi vasculaire, via des interactions homotypiques (ALCAM-ALCAM pour les monocytes) ou hétérotypiques (ALCAM-CD6 pour les lymphocytes). Les cytokines inflammatoires augmentent le niveau d’expression d’ALCAM par la BHE, ce qui permet un recrutement local de cellules inflammatoires. Enfin, l’inhibition des interactions ALCAM-ALCAM et ALCAM-CD6 limite la transmigration des cellules inflammatoires (monocytes et cellules T CD4+) à travers la BHE in vitro et in vivo dans un modèle murin de la SEP. Cette deuxième partie identifie ALCAM comme une cible potentielle pour influencer la transmigration de cellules inflammatoires vers le cerveau. Dans un troisième temps, nous avons pu démontrer l’importance des propriétés sécrétoires spécifiques à la BHE dans les interactions avec les cellules souches neurales (CSN). Les CSN représentent un potentiel thérapeutique unique pour les maladies du SNC dans lesquelles la régénération cellulaire est limitée, comme dans la SEP. Des facteurs qui limitent l’utilisation thérapeutique des CSN sont le mode d’administration et leur maturation en cellules neurales ou gliales. Bien que la route d’administration préférée pour les CSN soit la voie intrathécale, l’injection intraveineuse représente la voie d’administration la plus facile et la moins invasive. Dans ce contexte, il est important de comprendre les interactions possibles entre les cellules souches et la paroi vasculaire du SNC qui sera responsable de leur recrutement dans le parenchyme cérébral. En collaborant avec des chercheurs de la Belgique spécialisés en CSN, nos travaux nous ont permis de confirmer, in vitro, que les cellules souches neurales humaines migrent à travers les CE humaines de la BHE avant d’entamer leur différenciation en cellules du SNC. Suite à la migration à travers les cellules de la BHE les CSN se différencient spontanément en neurones, en astrocytes et en oligodendrocytes. Ces effets sont notés préférentiellement avec les cellules de la BHE par rapport aux CE non cérébrales. Ces propriétés spécifiques aux cellules de la BHE dépendent de la chimiokine MCP-1/CCL2 sécrétée par ces dernières. Ainsi, cette dernière partie suggère que la BHE n’est pas un obstacle à la migration de CSN vers le SNC. De plus, la chimiokine MCP-1 est identifiée comme un facteur sécrété par la BHE qui permet l’accumulation et la différentiation préférentielle de cellules souches neurales dans l’espace sous-endothélial. Ces trois études démontrent l’importance de la BHE dans la migration des cellules inflammatoires et des CSN vers le SNC et indiquent que de multiples mécanismes moléculaires contribuent au dérèglement de l’homéostasie du SNC dans les réactions neuro-immunes. En utilisant des modèles in vitro, in situ et in vivo, nous avons identifié trois nouveaux mécanismes qui permettent d’influencer les interactions entre les cellules du sang et la BHE. L’identification de ces mécanismes permet non seulement une meilleure compréhension de la pathophysiologie des réactions neuroinflammatoires du SNC et des maladies qui y sont associées, mais suggère également des cibles thérapeutiques potentielles pour influencer l’infiltration des cellules du sang vers le cerveau

Localization and function of the endocannabinoid system throughout the retinogeniculate pathway of vervet monkeys

Le système endocannabinoïde (eCB) est présent dans le système nerveux central (SNC) de mammifères, incluant la rétine, et est responsable de la régulation de nombreux processus physiologiques. Bien que la présence du récepteur cannabinoïde de type 1 (CB1R) a bien été documenté dans la rétine de rongeurs et primates, il y a encore une controverse quant à la présence du récepteur cannabinoïde de type 2 (CB2R) au niveau du SNC. En utilisant la microscopie confocale, nous sommes les premiers à signaler les patrons d’expression du CB2R dans la rétine de singe. Nos résultats démontrent que le CB2R est exprimé exclusivement dans les cellules de Müller de la rétine du singe. En outre, nous avons comparé les différents patrons d’expression du système eCB dans la rétine de la souris, du toupaye, ainsi que du singe vervet et macaque. Nous rapportons que les distributions de CB1R, FAAH (fatty acid amid hydrolase), MAGL (monoacylglycerol lipase) et DAGLα (diacylglycerol lipase alpha) sont hautement conservées parmi ces espèces alors que CB2R et NAPE-PLD (N-acyl phosphatidylethanolamine phospholipase D) présentent différents profils d'expression. CB2R n'a pas été détecté dans les cellules neuronales de la rétine des primates. L’immunoréactivité de NAPE-PLD est présente dans les couches de la rétine de souris et toupayes, mais a été limitée à la couche des photorécepteurs des singes vervet et macaque. Pour étudier les corrélats neuronaux et le rôle de la signalisation du système eCB dans la rétine, nous avons établi un protocole standard pour l'électrorétinographie (ERG), puis enregistré la réponse ERG de la rétine après le blocage des récepteurs avec des antagonistes spécifiques pour CB1R (AM251) et CB2R (AM630). Comparé au témoin, dans des conditions photopiques, et à certaines intensités faibles du stimulus, le blocage de CB1R diminue l'amplitude de l'onde-b, alors qu’à des intensités plus élevées, le blocage de CB2R augmente l'amplitude des deux-ondes a et b. De plus, le blocage des récepteurs cannabinoïdes provoque une augmentation de la latence des deux ondes a et b. Dans des conditions d’adaptation à l'obscurité, le blocage de CB1R et CB2R réduit l’amplitudes de l'onde a seulement à des intensités plus élevées et réduit l’onde b à intensités plus faibles. Des augmentations significatives de latence ont été observées dans les deux cas. Ces résultats indiquent que les récepteurs CB1 et CB2 chez les primates non humains sont impliqués dans la fonction rétinienne conditions photopiques. En outre, nous avons évalué le profil d'expression du CB1R, de FAAH et de NAPE-PLD au-delà de la rétine dans le corps géniculé latéral des singes et nous rapportons pour la première fois que CB1R et FAAH sont exprimés davantage dans les couches magnocellulaires. La NAPE-PLD a été localisée à travers les couches magno- et parvocellulaires. Aucune de ces composantes n’est exprimée dans les couches koniocellulaires. Ces résultats nous aident à mieux comprendre les effets des cannabinoïdes sur le système visuel qui pourraient nous mener à trouver éventuellement de nouvelles cibles thérapeutiques.

Estimulacion magnetica trascraneal en el desempeno motor en enfermedades del sistema nervioso central: Revision Sistematica

Introducción: El uso de la estimulación cerebral no invasiva en procesos de rehabilitación es de gran interés, por cuanto con mediación tecnológica se generan nuevas posibilidades de recuperación motora, a partir de la activación de la corteza cerebral. El objetivo del estudio es establecer la evidencia del uso terapéutico de la EMT, relacionado con el desempeño motor de pacientes con enfermedades del sistema nervioso central. Metodología: Se realizó una revisión sistemática de la literatura. Se incluyeron 10 estudios en el análisis cualitativo que incluyó la evaluación de calidad con la escala de Jadad y del riesgo de sesgo con la herramienta Cochrane. Fueron excluidos 1613 estudios. Se aplicó el protocolo del estudio para la extracción, revisión y validez de los estudios incluidos. Resultados: La evidencia disponible muestra resultados positivos del uso terapéutico de la EMT en el desempeño motor en aspectos como la aceleración, la fuerza de pinza y de agarre, la estabilidad y la fuerza muscular, así como una mejor velocidad de la marcha y una disminución en la frecuencia y severidad de los espasmos. Discusión: La EMT puede constituir una estrategia terapéutica para mejorar el desempeño motor en pacientes con ECV, Lesión Medular y enfermedad de Parkinson, que requiere más investigación por la heterogeneidad de los diseños y medidas de descenlace utilizados, así como por la alta variabilidad interindividual que hace complejo estandarizar los protocolos de su uso terapéutico.

Revisión sistemática de la literatura para el manejo de dolor central en esclerosis múltiple

El dolor es un síntoma muy común en pacientes con Esclerosis Múltiple, pues del 42 al 65% de los enfermos lo presentan, y es calificado como el síntoma más severo entre el 8 y el 32%. Todos los síndromes dolorosos centrales se presentan por lesión o disfunción del sistema nervioso central, causando discapacidad severa y deterioro de la calidad de vida de los pacientes.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.

Extending the human nervous system through Internet implants - Experimentation and impact

It is now possible to directly link the human nervous system to a computer and thence onto the Internet. From an electronic and mental viewpoint this means that the Internet becomes an extension of the human nervous system (and vice versa). Such a connection on a regular or mass basis will have far reaching effects for society. In this article the authors discuss their own practical implant self-experimentation, especially insofar as it relates to extending the human nervous system. Trials involving an intercontinental link up are described. As well as technical aspects of the work, social, moral and ethical issues, as perceived by the authors, are weighed against potential technical gains. The authors also look at technical limitations inherent in the co-evolution of Internet implanted individuals as well as the future distribution of intelligence between human and machine.

Expression and function of the bile acid receptor GpBAR1 (TGR5) in the murine enteric nervous system

BACKGROUND: Bile acids (BAs) regulate cells by activating nuclear and membrane-bound receptors. G protein coupled bile acid receptor 1 (GpBAR1) is a membrane-bound G-protein-coupled receptor that can mediate the rapid, transcription-independent actions of BAs. Although BAs have well-known actions on motility and secretion, nothing is known about the localization and function of GpBAR1 in the gastrointestinal tract. METHODS: We generated an antibody to the C-terminus of human GpBAR1, and characterized the antibody by immunofluorescence and Western blotting of HEK293-GpBAR1-GFP cells. We localized GpBAR1 immunoreactivity (IR) and mRNA in the mouse intestine, and determined the mechanism by which BAs activate GpBAR1 to regulate intestinal motility. KEY RESULTS: The GpBAR1 antibody specifically detected GpBAR1-GFP at the plasma membrane of HEK293 cells, and interacted with proteins corresponding in mass to the GpBAR1-GFP fusion protein. GpBAR1-IR and mRNA were detected in enteric ganglia of the mouse stomach and small and large intestine, and in the muscularis externa and mucosa of the small intestine. Within the myenteric plexus of the intestine, GpBAR1-IR was localized to approximately 50% of all neurons and to >80% of inhibitory motor neurons and descending interneurons expressing nitric oxide synthase. Deoxycholic acid, a GpBAR1 agonist, caused a rapid and sustained inhibition of spontaneous phasic activity of isolated segments of ileum and colon by a neurogenic, cholinergic and nitrergic mechanism, and delayed gastrointestinal transit. CONCLUSIONS & INFERENCES: G protein coupled bile acid receptor 1 is unexpectedly expressed in enteric neurons. Bile acids activate GpBAR1 on inhibitory motor neurons to release nitric oxide and suppress motility, revealing a novel mechanism for the actions of BAs on intestinal motility.

Trafficking and signaling of G protein-coupled receptors in the nervous system: implications for disease and therapy

G protein-coupled receptors (GPCRs) are expressed throughout the nervous system where they regulate multiple physiological processes, participate in neurological diseases, and are major targets for therapy. Given that many GPCRs respond to neurotransmitters and hormones that are present in the extracellular fluid and which do not readily cross the plasma membrane, receptor trafficking to and from the plasma membrane is a critically important determinant of cellular responsiveness. Moreover, trafficking of GPCRs throughout the endosomal system can initiate signaling events that are mechanistically and functionally distinct from those operating at the plasma membrane. This review discusses recent advances in the relationship between signaling and trafficking of GPCRs in the nervous system. It summarizes how receptor modifications influence trafficking, discusses mechanisms that regulate GPCR trafficking to and from the plasma membrane, reviews the relationship between trafficking and signaling, and considers the implications of GPCR trafficking to drug development.

Signaling via NF-kappaB in the nervous system

Nuclear factor kappa B (NF-kappaB) is an inducible transcription factor present in neurons and glia. Recent genetic models identified a role for NF-kappaB in neuroprotection against various neurotoxins. Furthermore, genetic evidence for a role in learning and memory is now emerging. This review highlights our current understanding of neuronal NF-kappaB in response to synaptic transmission and summarizes potential physiological functions of NF-kappaB in the nervous system. This article contains a listing of NF-kappaB activators and inhibitors in the nervous system, furthermore specific target genes are discussed. Synaptic NF-kappaB activated by glutamate and Ca2+ will be presented in the context of retrograde signaling. A controversial role of NF-kappaB in neurodegenerative diseases will be discussed. A model is proposed explaining this paradox as deregulated physiological NF-kappaB activity, where novel results are integrated, showing that p65 could be turned from an activator to a repressor of anti-apoptotic genes.

The neurogenic potential of astrocytes is regulated by inflammatory signals

Although the adult brain contains neural stem cells (NSCs) that generate new neurons throughout life, these astrocyte-like populations are restricted to two discrete niches. Despite their terminally differentiated phenotype, adult parenchymal astrocytes can re-acquire NSC-like characteristics following injury, and as such, these 'reactive' astrocytes offer an alternative source of cells for central nervous system (CNS) repair following injury or disease. At present, the mechanisms that regulate the potential of different types of astrocytes are poorly understood. We used in vitro and ex vivo astrocytes to identify candidate pathways important for regulation of astrocyte potential. Using in vitro neural progenitor cell (NPC)-derived astrocytes, we found that exposure of more lineage-restricted astrocytes to either tumor necrosis factor alpha (TNF-α) (via nuclear factor-κB (NFκB)) or the bone morphogenetic protein (BMP) inhibitor, noggin, led to re-acquisition of NPC properties accompanied by transcriptomic and epigenetic changes consistent with a more neurogenic, NPC-like state. Comparative analyses of microarray data from in vitro-derived and ex vivo postnatal parenchymal astrocytes identified several common pathways and upstream regulators associated with inflammation (including transforming growth factor (TGF)-β1 and peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ)) and cell cycle control (including TP53) as candidate regulators of astrocyte phenotype and potential. We propose that inflammatory signalling may control the normal, progressive restriction in potential of differentiating astrocytes as well as under reactive conditions and represent future targets for therapies to harness the latent neurogenic capacity of parenchymal astrocytes.

Functionally conserved cis-regulatory elements of COL18A1 identified through zebrafish transgenesis

Type XVIII collagen is a component of basement membranes, and expressed prominently in the eye, blood vessels, liver, and the central nervous system. Homozygous mutations in COL18A1 lead to Knobloch Syndrome, characterized by ocular defects and occipital encephalocele. However, relatively little has been described on the role of type XVIII collagen in development, and nothing is known about the regulation of its tissue-specific expression pattern. We have used zebrafish transgenesis to identify and characterize cis-regulatory sequences controlling expression of the human gene. Candidate enhancers were selected from non-coding sequence associated with COL18A1 based on sequence conservation among mammals. Although these displayed no overt conservation with orthologous zebrafish sequences, four regions nonetheless acted as tissue-specific transcriptional enhancers in the zebrafish embryo, and together recapitulated the major aspects of col18a1 expression. Additional post-hoc computational analysis on positive enhancer sequences revealed alignments between mammalian and teleost sequences, which we hypothesize predict the corresponding zebrafish enhancers; for one of these, we demonstrate functional overlap with the orthologous human enhancer sequence. Our results provide important insight into the biological function and regulation of COL18A1, and point to additional sequences that may contribute to complex diseases involving COL18A1. More generally, we show that combining functional data with targeted analyses for phylogenetic conservation can reveal conserved cis-regulatory elements in the large number of cases where computational alignment alone falls short. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Differential regulation of the renin-angiotensin system by nicotine in WKY and SHR glia

Given that (1) the renin-angiotensin system (RAS) is compartmentalized within the central nervous system in neurons and glia (2) the major source of brain angiotensinogen is the glial cells, (3) the importance of RAS in the central control of blood pressure, and (4) nicotine increases the probability of development of hypertension associated to genetic predisposition; the objective of the present study was to evaluate the effects of nicotine on the RAS in cultured glial cells from the brainstem and hypothalamus of Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive (SHR) rats. Ligand binding, real-time PCR and western blotting assays were used to compare the expression of angiotensinogen, angiotensin converting enzyme, angiotensin converting enzyme 2 and angiotensin II type1 receptors. We demonstrate, for the first time, that there are significant differences in the basal levels of RAS components between WKY and SHR rats in glia from 1-day-old rats. We also observed that nicotine is able to modulate the renin-angiotensin system in glial cells from the brainstem and hypothalamus and that the SHR responses were more pronounced than WKY ones. The present data suggest that nicotine effects on the RAS might collaborate to the development of neurogenic hypertension in SHR through modulation of glial cells.

The reactions of specific neuron types to intestinal ischemia in the guinea pig enteric nervous system

Damage following ischemia and reperfusion (I/R) is common in the intestine and can be caused during abdominal surgery, in several disease states and following intestinal transplantation. Most studies have concentrated on damage to the mucosa, although published evidence also points to effects on neurons. Moreover, alterations of neuronally controlled functions of the intestine persist after I/R. The present study was designed to investigate the time course of damage to neurons and the selectivity of the effect of I/R damage for specific types of enteric neurons. A branch of the superior mesenteric artery supplying the distal ileum of anesthetised guinea pigs was occluded for 1 h and the animals were allowed to recover for 2 h to 4 weeks before tissue was taken for the immunohistochemical localization of markers of specific neuron types in tissues from sham and I/R animals. The dendrites of neurons with nitric oxide synthase (NOS) immunoreactivity, which are inhibitory motor neurons and interneurons, were distorted and swollen by 24 h after I/R and remained enlarged up to 28 days. The total neuron profile areas (cell body plus dendrites) increased by 25%, but the sizes of cell bodies did not change significantly. Neurons of type II morphology (intrinsic primary afferent neurons), revealed by NeuN immunoreactivity, were transiently reduced in cell size, at 24 h and 7 days. These neurons also showed signs of minor cell surface blebbing. Calretinin neurons, many of which are excitatory motor neurons, were unaffected. Thus, this study revealed a selective damage to NOS neurons that was observed at 24 h and persisted up to 4 weeks, without a significant change in the relative numbers of NOS neurons.

Effects of Ischemia and Reperfusion on P2X(2) Receptor Expressing Neurons of the Rat Ileum Enteric Nervous System

Purpose We investigated the effects of ischemia/reperfusion in the intestine (I/R-i) on purine receptor P2X(2)-immunoreactive (IR) neurons of the rat ileum. Methods The superior mesenteric artery was occluded for 45 min with an atraumatic vascular clamp and animals were sacrificed 4 h later. Neurons of the myenteric and submucosal plexuses were evaluated for immunoreactivity against the P2X(2) receptor, nitric oxide synthase (NOS), choline acetyl transferase (ChAT), calbindin, and calretinin. Results Following I/R-i, we observed a decrease in P2X(2) receptor immunoreactivity in the cytoplasm and surface membranes of neurons of the myenteric and submucosal plexuses. These studies also revealed an absence of calbindin-positive neurons in the I/R-i group. In addition, the colocalization of the P2X(2) receptor with NOS, ChAT, and calretinin immunoreactivity in the myenteric plexus was decreased following I/R-i. Likewise, the colocalization between P2X(2) and calretinin in neurons of the submucosal plexus was also reduced. In the I/R-i group, there was a 55.8% decrease in the density of neurons immunoreactive (IR) for the P2X(2) receptor, a 26.4% reduction in NOS-IR neuron, a 25% reduction in ChAT-IR neuron, and a 47% reduction in calretinin-IR neuron. The density of P2X(2) receptor and calretinin-IR neurons also decreased in the submucosal plexus of the I/R-i group. In the myenteric plexus, P2X(2)-IR, NOS-IR, ChAT-IR and calretinin-IR neurons were reduced in size by 50%, 49.7%, 42%, and 33%, respectively, in the I/R-i group; in the submucosal plexus, P2X(2)-IR and calretinin-IR neurons were reduced in size by 56% and 72.6%, respectively. Conclusions These data demonstrate that ischemia/reperfusion of the intestine affects the expression of the P2X(2) receptor in neurons of the myenteric and submucosal plexus, as well as density and size of neurons in this population. Our findings indicate that I/R-i induces changes in P2X(2)-IR enteric neurons that could result in alterations in intestinal motility.