Consequences of cerebroventricular insulin injection on renal sodium handling in rats: effect of inhibition of central nitric oxide synthase

In the present study, we investigated the effects of acute intracerebroventricular (icv) insulin administration on central mechanisms regulating urinary sodium excretion in simultaneously centrally NG-nitro-L-arginine methylester (L-NAME)-injected unanesthetized rats. Male Wistar-Hannover rats were randomly assigned to one of five groups: a) icv 0.15 M NaCl-injected rats (control, N = 10), b) icv dose-response (1.26, 12.6 and 126 ng/3 µL) insulin-injected rats (N = 10), c) rats icv injected with 60 µg L-NAME in combination with NaCl (N = 10) or d) with insulin (N = 10), and e) subcutaneously insulin-injected rats (N = 5). Centrally administered insulin produced an increase in urinary output of sodium (NaCl: 855.6 ± 85.1 Δ%/min; 126 ng insulin: 2055 ± 310.6 Δ%/min; P = 0.005) and potassium (NaCl: 460.4 ± 100 Δ%/min; 126 ng insulin: 669.2 ± 60.8 Δ%/min; P = 0.025). The urinary sodium excretion response to icv 126 ng insulin microinjection was significantly attenuated by combined administration of L-NAME (126 ng insulin: 1935 ± 258.3 Δ%/min; L-NAME + 126 ng insulin: 582.3 ± 69.6 Δ%/min; P = 0.01). Insulin-induced natriuresis occurred by increasing post-proximal sodium excretion, despite an unchanged glomerular filtration rate. Although the rationale for decreased urinary sodium excretion induced by combined icv L-NAME and insulin administration is unknown, it is tempting to suggest that perhaps one of the efferent signals triggered by insulin in the CNS may be nitrergic in nature.

Central release of nitric oxide mediates antinociception induced by aerobic exercise

Nitric oxide (NO) is a soluble gas that participates in important functions of the central nervous system, such as cognitive function, maintenance of synaptic plasticity for the control of sleep, appetite, body temperature, neurosecretion, and antinociception. Furthermore, during exercise large amounts of NO are released that contribute to maintaining body homeostasis. Besides NO production, physical exercise has been shown to induce antinociception. Thus, the present study aimed to investigate the central involvement of NO in exercise-induced antinociception. In both mechanical and thermal nociceptive tests, central [intrathecal (it) and intracerebroventricular (icv)] pretreatment with inhibitors of the NO/cGMP/KATP pathway (L-NOArg, ODQ, and glybenclamide) prevented the antinociceptive effect induced by aerobic exercise (AE). Furthermore, pretreatment (it, icv) with specific NO synthase inhibitors (L-NIO, aminoguanidine, and L-NPA) also prevented this effect. Supporting the hypothesis of the central involvement of NO in exercise-induced antinociception, nitrite levels in the cerebrospinal fluid increased immediately after AE. Therefore, the present study suggests that, during exercise, the NO released centrally induced antinociception.

Identification and characterization of retinoic acid-induced morphological and electrophysiological changes in an invertebrate nervous system

The vitamin A metabolite, retinoic acid (RA) is known to play an important role in the development, patterning and regeneration of nervous tissue, both in the embryo and in the adult. Classically, RA is known to mediate the transcription of target genes through the binding and activation ofits nuclear receptors: the retinoic acid receptors (RARs) and retinoid X receptors (RXRs). Recently, mounting evidence from many animal models has implicated a number of RA-mediated effects operating independently of gene transcription, and thus highlights nove~ nongenornic actions of RA. For example, recent work utilizing cultured neurons from the pond snaa Lymnaea stagnalis, has shown that RA can elicit a regenerative response, growth cone turning, independently of "classical" transcriptional activation While this work illustrates a novel regeneration-inducing effect in culture, it is currently -unknown whether RA also induces regeneration in situ. This study has sought to determine RA's regenerative effucts at the morphological and molecular levels by utilizing an in situ approach focusing on a single identified dopaminergic neuron which possesses a known "mapped" morphology within the CNS. These studies show, for the first time in an invertebrate, that RA can increase neurite outgrowth of dopaminergic cells that have undergone a nerve-crush injury. Utilizing Western blot analysis, it was shown that this effect appears to be independent of any changes in whole CNS expression levels of either the RAR or RXR. Additionally, utilizing immunohistochemistry, to examine protein localization, there does not appear to be any obvious changes in the RXR expression level at the crush site. Changes in cell morphology such as neurity extension are known to be modulated by changes in neuronal firing activity. It has been previously shown that exposure to RA over many days can lead to changes in the electrophysiological properties of cultured Lymnaea neurons; however, no studies have investigated whether short-term exposure to RA can elicit electrophysiological changes and/or changes in firing pattern of neurons in Lymnaea or any other species. The studies performed here show, for the first time in any species, that short-tenn treatment with RA can elicit significant changes in the firing properties of both identified dopaminergic neurons and peptidergic neurons. This effect appears to be independent of protein synthesis, activation of protein kinase A or phospholipase C, and calcium influx but is both dose-dependent and isomer-dependent. These studies provide evidence that the RXR, but not RAR, may be involved, and that intracellular calcium concentrations decrease upon RAexposure with a time course, dose-dependency and isomer-dependency that coincide with the RA-induced electrophysiological changes. Taken together, these studies provide important evidence highlighting RA as a multifunctional molecule, inducing morphological, molecular and electrophysiological changes within the CNS, and highlight the many pathways through which RA may operate to elicit its effects.

Cell-selective modulation of the neuromuscular system in Drosophila

The capacity for all living cells to sense and interact with their environment is a necessity for life. In highly evolved, eukaryotic species, like humans, signalling mechanisms are necessary to regulate the function and survival of all cells in the organism. Synchronizing systemic signalling systems at the cellular, organ and whole-organism level is a formidable task, and for most species requires a large number of signalling molecules and their receptors. One of the major types of signalling molecules used throughout the animal kingdom are modulatory substances (e.x. hormones and peptides). Modulators can act as chemical transmitters, facilitating communication at chemical synapses. There are hundreds of circulating modulators within the mammalian system, but the reason for so many remains a mystery. Recent work with the fruit fly, Drosophila melanogaster demonstrated the capacity for peptides to modulate synaptic transmission in a neuron-specific manner, suggesting that peptides are not simply redundant, but rather may have highly specific roles. Thus, the diversity of peptides may reflect cell-specific functions. The main objective of my doctoral thesis was to examine the extent to which neuromodulator substances and their receptors modulate synaptic transmission at a cell-specific level using D. melanogaster. Using three different modulatory substances, i) octopamine - a biogenic amine released from motor neuron terminals, ii) DPKQDFMRFa - a neuropeptide secreted into circulation, and iii) Proctolin - a pentapeptide released both from motor neuron terminals and into circulation, I was able to investigate not only the capacity of these various substances to work in a cell-selective manner, but also examine the different mechanisms of action and how modulatory substances work in concert to execute systemic functionality . The results support the idea that modulatory substances act in a circuit-selective manner in the central nervous system and in the periphery in order to coordinate and synchronize physiologically and behaviourally relevant outputs. The findings contribute as to why the nervous system encodes so many modulatory substances.

Étude des interactions entre Haemophilus parasuis et des cellules endothéliales et épithéliales porcines: implications d’une composante bactérienne, le lipooligosaccharide (LOS)

Haemophilus parasuis est un pathogène porcin causant la maladie de Glässer caractérisée par de la polysérosite fibrineuse, polyarthrite, méningite et septicémie. La pathogenèse de l’infection et les facteurs de virulence sont encore mal connus. Le site de colonisation de Haemophilus parasuis dans le tractus respiratoire supérieur est controversé. Pour accéder à la circulation sanguine, H. parasuis doit envahir la muqueuse. H. parasuis adhère à des cellules épithéliales porcines de trachée (NPTr). Pour accéder au système nerveux central et causer la méningite, H. parasuis doit traverser la barrière hémato-méningée. H. parasuis adhère à et envahit des cellules endothéliales porcines de microvaisseaux cérébraux (PBMEC) provenant de la BBB. Le but de cette étude était d’étudier certaines interactions entre H. parasuis et son lipooligosccharide (LOS), et des cellules endothéliales et épithéliales porcines. Les résultats démontrent que l’adhésion de H. parasuis Nagasaki aux NPTr et aux PBMEC est en partie médiée par son LOS. H. parasuis induit l’apoptose des NPTr et des PBMEC, mais le LOS ne semble pas impliqué. H. parasuis, et à un niveau moindre son LOS, stimulent la sécrétion d’interleukine- (IL) 6 et d’IL-8. Différentes souches de H. parasuis sérotypes 4 et 5 (sérotypes les plus prévalents en Amérique du Nord) stimulent également les NPTr et PBMEC à produire IL-6 et IL-8. Les résultats suggèrent que le LOS de H. parasuis joue un certain rôle dans la pathogenèse de l’infection, mais d’autres composantes bactériennes sont également impliquées.

Ninjurin-1 est une molécule d'adhérence de la barrière hémato-encéphalique impliquée dans le recrutement de monocytes au sein du système nerveux central

La sclérose en plaques (SEP) est caractérisée par des infiltrations périvasculaires de cellules immunitaires et par de la démyélinisation au sein du système nerveux central (SNC). Ces deux paramètres de la maladie sont associés à la fragilisation de la barrière hémato-encéphalique (BHE). En ce sens, le recrutement des cellules présentatrices d’antigène (CPA) myéloïdes, telles que les monocytes, les macrophages et les cellules dendritiques, dans le SNC à travers la BHE, est une étape cruciale dans l’initiation et la persistance de l’inflammation cérébrale. Nerve injury-induced protein (Ninjurin)-1 est une nouvelle molécule d’adhérence qui médie une interaction de type homophilique et dont l’expression sur l’endothélium vasculaire de la BHE humaine fut identifiée grâce à une analyse protéomique des protéines associées à la BHE. Les résultats présentés dans ce mémoire montrent que l’expression de Ninjurin-1 augmente dans un contexte inflammatoire dans les cultures primaires de cellules endothéliales de la BHE (CE-BHE) et sur les CPA myéloïdes humaines ex vivo et générées in vitro. De plus, les CPA infiltrantes retrouvées dans les lésions cérébrales de patients atteints de SEP et dans le SNC des souris atteintes d’encéphalomyélite autoimmune expérimentale (EAE), le modèle murin de la SEP, expriment de hauts niveaux de Ninjurin-1. À l’aide du modèle in vitro de la BHE, la neutralisation de Ninjurin-1 restreint spécifiquement la migration des monocytes à travers les CE-BHE sans affecter le recrutement des lymphocytes, ni la perméabilité des CE-BHE. Enfin, les souris atteintes d’EAE et traitées avec un peptide bloquant dirigé contre Ninjurin-1 présentent une maladie moins sévère ainsi qu’une diminution des CPA infiltrant le SNC et ce comparé au groupe contrôle. Ces résultats suggèrent que Ninjurin-1 est une molécule d’adhérence de la BHE impliquée dans le recrutement de CPA myéloïdes au sein du SNC et qu’elle peut être considérée comme une cible thérapeutique potentielle en SEP.

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.

Rôle des cellules endothéliales dans l’immunité innée précoce induite lors d’infections par des coronavirus murins

Les cellules endothéliales (EC) constituent une première barrière physique à la dissémination de virus pléiotropiques circulant par voie hématogène mais leur contribution à la défense innée anti-virale est peu connue. Des dysfonctions des EC de la barrière hémato-encéphalique (BMEC) et des sinusoïdes hépatiques (LSEC) ont été rapportées dans des neuropathologies et des hépatites aiguës ou chroniques d’origine virale, suggérant que des atteintes à leur intégrité contribuent à la pathogenèse. Les sérotypes de coronavirus de l’hépatite murine (MHV), se différenciant par leur capacité à induire des hépatites et des maladies neurologiques de sévérité variable et/ou leur tropisme pour les EC, représentent des modèles viraux privilégiés pour déterminer les conséquences de l’infection des EC sur la pathogenèse virale. Lors d’infection par voie hématogène, le sérotype MHV3, le plus virulent des MHV, induit une hépatite fulminante, caractérisée par une réponse inflammatoire sévère, et des lésions neurologiques secondaires alors que le sérotype moins virulent, MHV-A59, induit une hépatite modérée sans atteintes secondaires du système nerveux central (SNC). Par ailleurs, le sérotype MHV3, à la différence du MHV-A59, démontre une capacité à stimuler la production de cytokines par la voie TLR2. Les variants atténués du MHV3, les virus 51.6-MHV3 et YAC-MHV3, sont caractérisés par un faible tropisme pour les LSEC et induisent respectivement une hépatite modérée et subclinique. Compte tenu de l’importance des LSEC dans le maintien de la tolérance hépatique et de l’élimination des pathogènes circulants, il a été postulé que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire lors d’infections par les MHV est associée à la réplication virale et à l’altération des propriétés tolérogéniques et vasculaires des LSEC. Les désordres inflammatoires hépatiques pourraient résulter d’une activation différentielle du TLR2, plutôt que des autres TLR et des hélicases, selon les sérotypes. D’autre part, compte tenu du rôle des BMEC dans la prévention des infections du SNC, il a été postulé que l’invasion cérébrale secondaire par les coronavirus est reliée à l’infection des BMEC et le bris subséquent de la barrière hémato-encéphalique (BHE). À l’aide d’infections in vivo et in vitro par les différents sérotypes MHV, chez des souris ou des cultures de BMEC et de LSEC, nous avons démontré, d’une part, que l’infection in vitro des LSEC par le sétotype MHV3, à la différence des variants 51.6- et YAC-MHV3, altérait la production du facteur vasodilatant NO et renversait leur phénotype tolérogénique en favorisant la production de cytokines et de chimiokines inflammatoires. Ces dysfonctions se traduisaient in vivo par une réponse inflammatoire incontrôlée et une dérégulation du recrutement intrahépatique de leucocytes, favorisant la réplication virale et les dommages hépatiques. Nous avons aussi démontré, à l’aide de souris TLR2 KO et de LSEC dont l’expression du TLR2 a été abrogée par des siRNA, que la sévérité de l’hépatite et de la réponse inflammatoire induite par le sérotype MHV3, dépendait en partie de l’induction et de l’activation préférentielle du TLR2 par le virus dans le foie. D’autre part, la sévérité de la réplication virale au foie et des désordres dans le recrutement leucocytaire intrahépatique induits par le MHV3, et non par le MHV-A59 et le 51.6-MHV3, corrélaient avec une invasion virale subséquente du SNC, au niveau de la BHE. Nous avons démontré que l’invasion cérébrale du MHV3 était associée à une infection productive des BMEC et l’altération subséquente des protéines de jonctions serrées occludine, VE-cadhérine et ZO-1 se traduisant par une augmentation de la perméabilité de la BHE et l’entrée consécutive du virus dans le cerveau. Dans l’ensemble, les résultats de cette étude mettent en lumière l’importance du maintien de l’intégrité structurale et fonctionnelle des LSEC et des BMEC lors d’infections virales aigües par des MHV afin de limiter les dommages hépatiques associés à l’induction d’une réponse inflammatoire exagérée et de prévenir le passage des virus au cerveau suite à une dissémination par voie hématogène. Ils révèlent en outre un nouveau rôle aggravant pour le TLR2 dans l’évolution de l’hépatite virale aigüe ouvrant la voie à de nouvelles avenues thérapeutiques visant à moduler l’activité inflammatoire du TLR2.

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.

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.