A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury.

Within the central nervous system (CNS) ciliary neurotrophic factor (CNTF) is expressed by astrocytes where it remains stored as an intracellular protein; its release and function as an extracellular ligand are thought to occur in the event of cellular injury. We find that overexpression of CNTF in transgenic mice recapitulates the glial response to CNS lesion, as does its injection into the uninjured brain. These results demonstrate that CNTF functions as an inducer of reactive gliosis, a condition associated with a number of neurological diseases of the CNS.

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.

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.

Infection of the central nervous system by Mycobacterium tuberculosis in patients infected with human immunodeficiency virus (the new neurotuberculosis)

Neurologic complications of HIV infection are numerous. This review focuses on the clinical presentation, diagnostic particularities and therapeutic issues of neurotuberculosis. The pertinent literature describing this important infection is succinctly summarized with a particular emphasis on the discussion of differences in clinical presentation between HIV-infected and -uninfected patients.

Behaviour of oligodendrocytes and Schwann cells in an experimental model of toxic demyelination of the central nervous system

Oligodendrocytes and Schwann cells are engaged in myelin production, maintenance and repairing respectively in the central nervous system (CNS) and the peripheral nervous system (PNS). Whereas oligodendrocytes act only within the CNS, Schwann cells are able to invade the CNS in order to make new myelin sheaths around demyelinated axons. Both cells have some limitations in their activities, i.e. oligodendrocytes are post-mitotic cells and Schwann cells only get into the CNS in the absence of astrocytes. Ethidium bromide (EB) is a gliotoxic chemical that when injected locally within the CNS, induce demyelination. In the EB model of demyelination, glial cells are destroyed early after intoxication and Schwann cells are free to approach the naked central axons. In normal Wistar rats, regeneration of lost myelin sheaths can be achieved as early as thirteen days after intoxication; in Wistar rats immunosuppressed with cyclophosphamide the process is delayed and in rats administered cyclosporine it may be accelerated. Aiming the enlightening of those complex processes, all events concerning the myelinating cells in an experimental model are herein presented and discussed.

Association of Trypanosoma vivax in extracellular sites with central nervous system lesions and changes in cerebrospinal fluid in experimentally infected goats

Changes in cerebrospinal fluid (CSF) and anatomical and histopathological central nervous system (CNS) lesions were evaluated, and the presence of Trypanosoma vivax in CNS tissues was investigated through PCR. Twelve adult male goats were divided into three groups (G): G1, infected with T. vivax and evaluated during the acute phase; G2, infected goats evaluated during the chronic phase; and G3, consisting of non-infected goats. Each goat from G1 and G2 was infected with 1.25 x 10(5) trypomastigotes. Cerebrospinal fluid (CSF) analysis and investigation of T. vivax was performed at the 15(th) day post-infection (dpi) in G1 goats and on the fifth day after the manifestation of nervous system infection signs in G2 goats. All goats were necropsied, and CNS fragments from G1 and G2 goats were evaluated by PCR for the determination of T. vivax. Hyperthermia, anemia and parasitemia were observed from the fifth dpi for G1 and G2, with the highest parasitemia peak between the seventh and 21(st) dpi. Nervous system infection signs were observed in three G2 goats between the 30(th) and 35(th) dpi. CSF analysis revealed the presence of T. vivax for G2. Meningitis and meningoencephalitis were diagnosed in G2. PCR were positive for T. vivax in all the samples tested. In conclusion, T. vivax may reach the nervous tissue resulting in immune response from the host, which is the cause of progressive clinical and pathological manifestations of the CNS in experimentally infected goats.

INTENSITY-MODULATED AND 3D-CONFORMAL RADIOTHERAPY FOR WHOLE-VENTRICULAR IRRADIATION AS COMPARED WITH CONVENTIONAL WHOLE-BRAIN IRRADIATION IN THE MANAGEMENT OF LOCALIZED CENTRAL NERVOUS SYSTEM GERM CELL TUMORS

Purpose: To compare the sparing potential of cerebral hemispheres with intensity-modulated radiotherapy (IMRT) and three-dimensional conformal radiotherapy (3D-CRT) for whole-ventricular irradiation (WVI) and conventional whole-brain irradiation (WBI) in the management of localized central nervous system germ cell tumors (CNSGCTs). Methods and Materials: Ten cases of patients with localized CNSGCTs and submitted to WVI by use of IMRT with or without a ""boost"" to the primary lesion were selected. For comparison purposes, similar treatment plans were produced by use of 3D-CRT (WVI with or without boost) and WBI (opposed lateral fields with or without boost), and cerebral hemisphere sparing was evaluated at dose levels ranging from 2 Gy to 40 Gy. Results: The median prescription dose for WVI was 30.6 Gy (range, 25.2-37.5 Gy), and that for the boost was 16.5 Gy (range, 0-23.4 Gy). Mean irradiated cerebral hemisphere volumes were lower for WVI with IMRT than for 3D-CRT and were lower for WVI with 3D-CRT than for WBI. Intensity-modulated radiotherapy was associated with the lowest irradiated volumes, with reductions of 7.5%, 12.2%, and 9.0% at dose levels., compared with 3D-CRT. Intensity-modulated radiotherapy provided of 20, 30, and 40 Gy, respectively statistically significant reductions of median irradiated volumes at all dose levels (p = 0.002 or less). However, estimated radiation doses to peripheral areas of the body were 1.9 times higher with IMRT than with 3D-CRT. Conclusions: Although IMRT is associated with increased radiation doses to peripheral areas of the body, its use can spare a significant amount of normal central nervous system tissue compared with 3D-CRT or WBI in the setting of CNSGCT treatment. (C) 2010 Elsevier Inc.

Involvement of the central nervous system in patients with dengue virus infection

The findings of a neurological evaluation in 85 patients with confirmed, acute, dengue virus infection are described. Signs of central nervous system involvement were present in IS patients (21.2%). The most frequent neurological symptom was mental confusion. The frequency of neurological involvement did not differ between patients with primary and secondary dengue infection, and the prevalence of central nervous system involvement in dengue fever and dengue hemorrhagic fever also did not differ significantly. The presence of CNS involvement did not influence the prognosis of dengue infection. Dengue viral CSF RNA was found in 7 of 13 patients submitted to a spinal tap, the CSF viral load being less than 1000 copies/ml. PCR was negative in serum samples obtained from three patients on the same day as the CSF samples, suggesting that the dengue virus actively enters the CNS and that the presence of the virus in the CNS does not result from passive crossing of the blood-brain barrier. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Oral tolerance reduces Th17 cells as well as the overall inflammation in the central nervous system of EAE mice

Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune disease characterized by inflammatory immune response directed against myelin antigens of the central nervous system. In its murine model, EAE, Th17 cells play an important role in disease pathogenesis. These cells can induce blood-brain barrier disruption and CNS immune cells activation, due to the capacity to secrete high levels of IL-17 and IL-22 in an IL-6 + TGF-beta dependent manner. Thus, using the oral tolerance model, by which 200 mu g of MOG 35-55 is given orally to C57BL/6 mice prior to immunization, we showed that the percentage of Th17 cells as well as IL-17 secretion is reduced both in the periphery and also in the CNS of orally tolerated animals. Altogether, our data corroborates with the pathogenic role of IL-17 and IFN-gamma in EAE, as its reduction after oral tolerance, leads to an overall reduction of pro-inflammatory cytokines, such as IL-1 alpha, IL-6, IL-9, IL-12p70 and the chemokines MIP-1 beta, RANTES, Eotaxin and KC in the CNS. It is noteworthy that this was associated to an increase in IL-10 levels. Thus, our data clearly show that disease suppression after oral tolerance induction, correlates with reduction in target organ inflammation, that may be caused by a reduced Th1/Th17 response. Crown Copyright (c) 2010 Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Toxoplasma gondii: The severity of toxoplasmic encephalitis in C57BL/6 mice is associated with increased ALCAM and VCAM-1 expression in the central nervous system and higher blood-brain barrier permeability

In order to investigate the differential ALCAM, ICAM-1 and VCAM-1 adhesion molecules mRNA expression and the blood-brain barrier (BBB) permeability in C57BL/6 and BALB/c mice in Toxoplasma gondii infection, animals were infected with ME-49 strain. It was observed higher ALCAM on day 9 and VCAM-1 expression on days 9 and 14 of infection in the central nervous system (CNS) of C57BL/6 compared to BALB/c mice. The expression of ICAM-1 was high and similar in the CNS of both lineages of infected mice. In addition, C57BL/6 presented higher BBB permeability and higher IFN-gamma and iNOS expression in the CNS compared to BALB/c mice. The CNS of C578L/6 mice presented elevated tissue pathology and parasitism. In conclusion, our data suggest that the higher adhesion molecules expression and higher BBB permeability contributed to the major inflammatory cell infiltration into the CNS of C57BL/6 mice that was not efficient to control the parasite. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

CCR2 receptor is essential to activate microbicidal mechanisms to control Toxoplasma gondii infection in the central nervous system

Chemokines comprise a structurally related family of cytokines that regulate leukocyte trafficking. Because infection with Toxoplasma gondii can induce an important inflammatory reaction that, if left uncontrolled, can lead to death, we investigated the role of the chemokine receptor CCR2 in T gondii infection. We orally infected CCR2(-/-) mice with five ME-49 T gondii cysts and monitored morbidity, survival, and immune response thereafter. The CCR2(-/-) mice displayed higher susceptibility to infection as all mice died on day 28 after infection. Despite similar Th1 responses, a more evident anti-inflammatory response was induced in the peripheral organs of CCR2(-/-) mice compared with wild-type C57BL/6 mice. Additionally, CCR2-/- mice presented greater parasitism and a milder inflammatory reaction in their peripheral organs with lesser CD4(+) and MAC-1(+) and greater CD8(+) cell migration. The parasite load decreased in these organs in CCR2(-/-) mice but remained uncontrolled in the central nervous system. Additionally, we observed down-regulated inducible nitric oxide synthase expression in peripheral organs from CCR2(-/-) mice that was associated with a small nitric oxide production by spleen macrophages. In conclusion, in the absence of CCR2, another mechanism is activated to control tissue parasitism in peripheral organs. Nevertheless, CCR2 is essential for the activation of microbicidal mediators that control T gondii replication in the central nervous system.

Involvement of the central nervous system in the chronic form of Chagas` disease

Background and purpose: Apart from the central nervous system parasitic invasion in chagasic immunodeficient patients and strokes due to heart lesions provoked by the disease, the typical neurological syndromes of the chronic phase of Chagas` disease (CD) have not yet been characterized, although involvement of the peripheral nervous system has been well documented. This study aims at investigating whether specific signs of central nervous system impairment might be associated with the disease. Methods: Twenty-seven patients suffering from the chronic form of Chagas` disease (CCD) and an equal number of controls matched for sex, age, educational and socio-cultural background, and coming from the same geographical regions, were studied using neurological examinations, magnetic resonance images, and electroencephalographic frequency analysis. Results: Nineteen patients were at the stage A of the cardiac form of the disease (without documented structural lesions or heart failure). Dizziness, brisk reflexes, and ankle and knee areflexia were significantly more prevalent in the patients than in the controls. The significant findings in quantitative electroencephalogram were an increase in the theta relative power and a decrease in the theta dominant frequency at temporal-occipital derivations. Subcortical, white matter demyelination was associated with diffuse theta bursts and theta-delta slowing in two patients. Conclusions: Our findings suggest a discrete and unspecific functional cortical disorder and possible white matter lesions in CD. The focal nervous system abnormalities in CD documented here did not seem to cause significant functional damage or severely alter the patient`s quality of life. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development of axon pathways in the zebrafish central nervous system

The zebrafish has a number of distinct advantages as an experimental model in developmental biology. For example, large numbers of embryos can be generated in each lay, development proceeds rapidly through a very precise temporal staging which exhibits minimal batch-to-batch variability, embryos are transparent and imaging of wholemounts negates the need for tedious histological preparation while preserving three-dimensional spatial relationships. The zebrafish nervous system is proving a convenient model for studies of axon guidance because of its small size and highly stereotypical trajectory of axons. Moreover, a simple scaffold of axon tracts and nerves is established early and provides a template for subsequent development. The ease with which this template can be visualized as well as the ability to spatially resolve individual pioneer axons enables the role of specific cell-cell and molecular interactions to be clearly deciphered. We describe here the morphology and development of the earliest axon pathways in the embryonic zebrafish central nervous system and highlight the major questions that remain to be addressed with regard to axon guidance.

Central nervous system involvement in Chagas' disease: an updating

A review was made of the available literature on central nervous system (CNS) involvement in Chagas' disease. Thirty-one works concerning the acute nervous form and 17 others dealing with the chronic nervous form, all presenting neuropathologic studies, were critically analysed. Based on this analysis, an attempt was made to establish the possible natural history of CNS involvement in Chagas' disease. Among others, the following facts stand out: 1) the initial, acute phase of Trypanosoma cruzi infection is usually asymptomatic and subclinical; 2) only a small percentage of cases develop encephalitis in the acute phase of Chagas' disease; 3) the symptomatic acute forms accompanied by chagasic encephalitis are grave, with death ensuing in virtually all cases as a result of the brain lesions per se or of acute chagasic myocarditis, this being usually intense and always present; 4) individuals with the asymptomatic acute form and with the mild symptomatic acute form probably have no CNS infection or, in some cases, they may have discrete encephalitis in sparse foci. In the latter case, regression of the lesions may be total, or residual inflammatory nodules of relative insignificance may persist. Thus, no anatomical basis exists that might characterize the existence of a chronic nervous form of Chagas' disease; 5) reactivation of the CNS infection in the chronic form of Chagas' disease is uncommon and occurs only in immunosuppressed patients.