Spontaneous inflammatory demyelinating disease in transgenic mice showing central nervous system-specific expression of tumor necrosis factor alpha.

Cytokines are now recognized to play important roles in the physiology of the central nervous system (CNS) during health and disease. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) has been implicated in the pathogenesis of several human CNS disorders including multiple sclerosis, AIDS dementia, and cerebral malaria. We have generated transgenic mice that constitutively express a murine TNF-alpha transgene, under the control of its own promoter, specifically in their CNS and that spontaneously develop a chronic inflammatory demyelinating disease with 100% penetrance from around 3-8 weeks of age. High-level expression of the transgene was seen in neurons distributed throughout the brain. Disease is manifested by ataxia, seizures, and paresis and leads to early death. Histopathological analysis revealed infiltration of the meninges and CNS parenchyma by CD4+ and CD8+ T lymphocytes, widespread reactive astrocytosis and microgliosis, and focal demyelination. The direct action of TNF-alpha in the pathogenesis of this disease was confirmed by peripheral administration of a neutralizing anti-murine TNF-alpha antibody. This treatment completely prevented the development of neurological symptoms, T-cell infiltration into the CNS parenchyma, astrocytosis, and demyelination, and greatly reduced the severity of reactive microgliosis. These results demonstrate that overexpression of TNF-alpha in the CNS can cause abnormalities in nervous system structure and function. The disease induced in TNF-alpha transgenic mice shows clinical and histopathological features characteristic of inflammatory demyelinating CNS disorders in humans, and these mice represent a relevant in vivo model for their further study.

A nerve growth factor peptide retards seizure development and inhibits neuronal sprouting in a rat model of epilepsy.

Kindling, an animal model of epilepsy wherein seizures are induced by subcortical electrical stimulation, results in the upregulation of neurotrophin mRNA and protein in the adult rat forebrain and causes mossy fiber sprouting in the hippocampus. Intraventricular infusion of a synthetic peptide mimic of a nerve growth factor domain that interferes with the binding of neurotrophins to their receptors resulted in significant retardation of kindling and inhibition of mossy fiber sprouting. These findings suggest a critical role for neurotrophins in both kindling and kindling-induced synaptic reorganization.

Impairment of synaptic vesicle clustering and of synaptic transmission, and increased seizure propensity, in synapsin I-deficient mice.

Synapsin I has been proposed to be involved in the modulation of neurotransmitter release by controlling the availability of synaptic vesicles for exocytosis. To further understand the role of synapsin I in the function of adult nerve terminals, we studied synapsin I-deficient mice generated by homologous recombination. The organization of synaptic vesicles at presynaptic terminals of synapsin I-deficient mice was markedly altered: densely packed vesicles were only present in a narrow rim at active zones, whereas the majority of vesicles were dispersed throughout the terminal area. This was in contrast to the organized vesicle clusters present in terminals of wild-type animals. Release of glutamate from nerve endings, induced by K+,4-aminopyridine, or a Ca2+ ionophore, was markedly decreased in synapsin I mutant mice. The recovery of synaptic transmission after depletion of neurotransmitter by high-frequency stimulation was greatly delayed. Finally, synapsin I-deficient mice exhibited a strikingly increased response to electrical stimulation, as measured by electrographic and behavioral seizures. These results provide strong support for the hypothesis that synapsin I plays a key role in the regulation of nerve terminal function in mature synapses.

Stress and antidepressants differentially regulate neurotrophin 3 mRNA expression in the locus coeruleus.

The mechanisms by which stress and anti-depressants exert opposite effects on the course of clinical depression are not known. However, potential candidates might include neurotrophic factors that regulate the development, plasticity, and survival of neurons. To explore this hypothesis, we examined the effects of stress and antidepressants on neurotrophin expression in the locus coeruleus (LC), which modulates many of the behavioral and physiological responses to stress and has been implicated in mood disorders. Using in situ hybridization, we demonstrate that neurotrophin 3 (NT-3) is expressed in noradrenergic neurons of the LC. Recurrent, but not acute, immobilization stress increased NT-3 mRNA levels in the LC. In contrast, chronic treatment with antidepressants decreased NT-3 mRNA levels. The effect occurred in response to antidepressants that blocked norepinephrine uptake, whereas serotonin-specific reuptake inhibitors did not alter NT-3 levels. Electroconvulsive seizures also decreased NT-3 expression in the LC as well as the hippocampus. Ntrk3 (neurotrophic tyrosine kinase receptor type 3; formerly TrkC), the receptor for NT-3, is expressed in the LC, but its mRNA levels did not change with stress or antidepressant treatments. Because, NT-3 is known to be trophic for LC neurons, our results raise the possibility that some of the effects of stress and antidepressants on LC function and plasticity could be mediated through NT-3. Moreover, the coexpression of NT-3 and its receptor in the LC suggests the potential for autocrine mechanisms of action.

Limbic epilepsy in transgenic mice carrying a Ca2+/calmodulin-dependent kinase II alpha-subunit mutation.

Multifunctional Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMK) phosphorylates proteins pivotally involved in diverse neuronal processes and thereby coordinates cellular responses to external stimuli that regulate intracellular Ca2+ [Hanson, P. I. & Schulman, H. (1992) Annu. Rev. Biochem. 61, 559-664]. Despite extensive study, the impact of this enzyme on control of the excitability of neuron populations in the mammalian nervous system in situ is unknown. To address this question, we studied transgenic mice carrying a null mutation (-/-) for the alpha subunit of CaMK. In contrast to wild-type littermates, null mutants exhibit profound hyperexcitability, evident in epileptic seizures involving limbic structures including the hippocampus. No evidence of increased excitability was detected in mice carrying null mutations of the gamma isoform of protein kinase C, underscoring the specificity of the effect of CaMK. CaMK plays a powerful and previously underappreciated role in control of neuronal excitability in the mammalian nervous system. These insights have important implications for analyses of mechanisms of epilepsy and, perhaps, learning and memory.

Emergent spindle oscillations and intermittent burst firing in a thalamic model: specific neuronal mechanisms.

The rhythmogenesis of 10-Hz sleep spindles is studied in a large-scale thalamic network model with two cell populations: the excitatory thalamocortical (TC) relay neurons and the inhibitory nucleus reticularis thalami (RE) neurons. Spindle-like bursting oscillations emerge naturally from reciprocal interactions between TC and RE neurons. We find that the network oscillations can be synchronized coherently, even though the RE-TC connections are random and sparse, and even though individual neurons fire rebound bursts intermittently in time. When the fast gamma-aminobutyrate type A synaptic inhibition is blocked, synchronous slow oscillations resembling absence seizures are observed. Near-maximal network synchrony is established with even modest convergence in the RE-to-TC projection (as few as 5-10 RE inputs per TC cell suffice). The hyperpolarization-activated cation current (Ih) is found to provide a cellular basis for the intermittency of rebound bursting that is commonly observed in TC neurons during spindles. Such synchronous oscillations with intermittency can be maintained only with a significant degree of convergence for the TC-to-RE projection.

Somatodendritic expression of an immediate early gene is regulated by synaptic activity.

Trans-synaptic activation of gene expression is linked to long-term plastic adaptations in the nervous system. To examine the molecular program induced by synaptic activity, we have employed molecular cloning techniques to identify an immediate early gene that is rapidly induced in the brain. We here report the entire nucleotide sequence of the cDNA, which encodes an open reading frame of 396 amino acids. Within the hippocampus, constitutive expression was low. Basal levels of expression in the cortex were high but can be markedly reduced by blockade of N-methyl-D-aspartate receptors. By contrast, synaptic activity induced by convulsive seizures increased mRNA levels in neurons of the cortex and hippocampus. High-frequency stimulation of the perforant path resulted in long-term potentiation and a spatially confined dramatic increase in the level of mRNA in the granule cells of the ipsilateral dentate gyrus. Transcripts were localized to the soma and to the dendrites of the granule cells. The dendritic localization of the transcripts offers the potential for local synthesis of the protein at activated postsynaptic sites and may underlie synapse-specific modifications during long-term plastic events.

Notificación de reacciones adversas a la vacuna frente al virus del papiloma humano en la Comunidad Valenciana (2007-2011)

Introducción: En 2009, 2 casos de convulsiones en adolescentes tras la administración de la vacuna tetravalente frente al virus del papiloma humano (VPH) generaron impacto mediático y afectaron negativamente la confianza del público en esta vacuna. Nuestros objetivos fueron describir las sospechas de reacciones adversas (SRA) notificadas al Centro Autonómico de Farmacovigilancia de la Comunidad Valenciana (CAFCV) tras la administración de la vacuna frente al VPH y comparar la tasa de notificación de síncope y convulsiones de esta vacuna con la de otras vacunas administradas en adolescentes. Material y métodos: Estudio descriptivo de las notificaciones de SRA relacionadas con esta vacuna recibidas por el CAFCV entre 2007 y 2011. Resultados: Las manifestaciones clínicas más comunicadas fueron mareos, cefalea y síncope. Las tasas de notificación de síncope o pérdida de conciencia y convulsiones con la vacuna frente al VPH fueron de 17 y 3,2 por 100.000 dosis administradas, respectivamente, y de 15 y 1,6 para síncope o pérdida de conciencia y convulsiones sincopales ocurridas el día de la vacunación. Las tasas de notificación de síncope o pérdida de conciencia y convulsiones fueron de 6,4 y 0,4 para otras vacunas. Conclusiones: Las tasas de notificación de síncope o pérdida de conciencia y convulsiones fueron mayores para la vacuna frente al VPH que para otras vacunas administradas en adolescentes; esto es consistente con la atención mediática originada por la vacuna y con hallazgos de estudios previos. No obstante, la información obtenida sobre las SRA a la vacuna sugiere un buen perfil de seguridad.

Quistos aracnoideus : quais as indicações cirúrgicas?

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

A febre em pediatria : perspectiva de pais, médicos e enfermeiros

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Doenças neurológicas

As convulsões são o problema neurológico mais comum nos animais de companhia. Convulsão é o quadro clínico gerado por descargas elétricas paroxísticas, descontroladas e transitórias nos neurónios do encéfalo, levando a alterações da consciência, atividade motora, funções viscerais, perceção sensorial, conduta e memória. A anamnese é muito importante para o diagnóstico, pois é o proprietário quem na maioria das vezes presencia o evento e, os dados obtidos podem auxiliar no plano de diagnóstico e terapêutico. É importante reconhecer, no entanto, que esta informação é coadjuvante ao exame neurológico. As convulsões podem ter causas extracranianas (ex: metabólicas e toxicas), intracranianas (ex: traumatismos, enfermidades infeciosas, malformações congénitas) e idiopáticas (epilepsia idiopática). É fundamental tentar identificar a causa das convulsões através da realização do exame clínico e neurológico, com atenção especial aos sistemas cardio-circulatório, respiratório, digestivo e urinário. Devem ser realizados exames complementares adequados (hemograma, urianálise, enzimas hepáticas, ureia, creatinina, glicemia, sorologias, reação em cadeia de polimerase, radiografias torácicas, ultrassonografia, tomografia computorizada e ressonância magnética quando disponíveis). O objetivo do tratamento antiepilético é controlar as convulsões sem efeitos adversos, no entanto, o clínico apenas pode tentar reduzir a frequência e severidade das convulsões a um nível que não comprometa substancialmente a qualidade de vida do animal e dos proprietários, evitando efeitos secundários.

Undiagnosed intracranial lipoma associated with sudden death

Intracranial lipomas represent less than 0.1% of all intracranial tumors. They are usually located in the callus area and often asymptomatic. This paper presents a sudden death case after an episode of convulsions on a 39 years old woman with a history of migraines and seizures since adolescence. The autopsy revealed the presence of an undiagnosed massive brain lipoma (60 × 35 mm) associated with atrophy of the corpus callosum. Although very rare and seldom malignant these may be associated with seizures and sudden death.

Acidente vascular cerebral perinatal: 11 casos clínicos

Introdução: Os acidentes vasculares cerebrais (AVC) são causa de epilepsia e perturbações do neurodesenvolvimento. Têm tido uma incidencia crescente atribuível em parte à melhoria das tecnicas de imagens cerebrais. Alguns diagnósticos são efectuados retrospectivamente após o periodo neonatal. O objectivo da presente serie de casos clínicos foi identificar factores comuns que possam facilitar o diagnóstico no período neonatal. Material e métodos: Estudo retrospectivo efectuado com base na consulta dos processos clinicos dos recém-nascidos, com diagnóstico de AVC entre um de Janeiro de 2003 e 31 de Dezembro de 2013. Resultados: Foram identificados onze casos de AVC perinatal, num total 28382 nados-vivos. Dois casos foram diagnosticados no periodo fetal e nove no periodo neonatal. As convulsões foram a manifestação clinica mais frequente (8 em 11 casos). A mediana da idade de diagnóstico foi um dia e variou entre um e nove dias. A ecografia transfontanelar mostrou alterações em sete casos. A ressonancia magnetica nuclear cranio-encefalica mostrou alterações em todos os casos. Cinco AVC foram arteriais isquemicos, quatro hemorragicos e dois tromboses dos seios venosos. Em seis casos foram identificadas possiveis causas. Foram observadas complicações e sequelas em quatro dos casos. Discussão: As convulsões foram a manifestação clinica mais frequentemente encontrada.Em recém-nascidos de termo com convulsões sem historia de asfixia intraparto o AVC perinatal deverá ser diagnóstico de exclusão, mesmo na ausencia de alterações na ecografia transfontanelar.