Hippocampal long-term depression and depotentiation are defective in mice carrying a targeted disruption of the gene encoding the RI beta subunit of cAMP-dependent protein kinase.

The cAMP-dependent protein kinase (PKA) has been shown to play an important role in long-term potentiation (LTP) in the hippocampus, but little is known about the function of PKA in long-term depression (LTD). We have combined pharmacologic and genetic approaches to demonstrate that PKA activity is required for both homosynaptic LTD and depotentiation and that a specific neuronal isoform of type I regulatory subunit (RI beta) is essential. Mice carrying a null mutation in the gene encoding RI beta were established by use of gene targeting in embryonic stem cells. Hippocampal slices from mutant mice show a severe deficit in LTD and depotentiation at the Schaffer collateral-CA1 synapse. This defect is also evident at the lateral perforant path-dentate granule cell synapse in RI beta mutant mice. Despite a compensatory increase in the related RI alpha protein and a lack of detectable changes in total PKA activity, the hippocampal function in these mice is not rescued, suggesting a unique role for RI beta. Since the late phase of CA1 LTP also requires PKA but is normal in RI beta mutant mice, our data further suggest that different forms of synaptic plasticity are likely to employ different combinations of regulatory and catalytic subunits.

Molecular cloning and functional characterization of the Xenopus Ca(2+)-binding protein frequenin.

Frequenin was originally identified in Drosophila melanogaster as a Ca(2+)-binding protein facilitating transmitter release at the neuromuscular junction. We have cloned the Xenopus frequenin (Xfreq) by PCR using degenerate primers combined with low-stringency hybridization. The deduced protein has 70% identity with Drosophila frequenin and about 38-58% identity with other Ca(2+)-binding proteins. The most prominent features are the four EF-hands, Ca(2+)-binding motifs. Xfreq mRNA is abundant in the brain and virtually nondetectable from adult muscle. Western blot analysis indicated that Xfreq is highly concentrated in the adult brain and is absent from nonneural tissues such as heart and kidney. During development, the expression of the protein correlated well with the maturation of neuromuscular synapses. To determine the function of Xfreq at the developing neuromuscular junction, the recombinant protein was introduced into Xenopus embryonic spinal neurons by early blastomere injection. Synapses made by spinal neurons containing exogenous Xfreq exhibited a much higher synaptic efficacy. These results provide direct evidence that frequenin enhances transmitter release at the vertebrate neuromuscular synapse and suggest its potential role in synaptic development and plasticity.

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.

Feedback from luminosity horizontal cells mediates depolarizing responses of chromaticity horizontal cells in the Xenopus retina.

It has been proposed that the depolarizing responses of chromaticity horizontal cells (C-HCs) to red light depend on a feedback signal from luminosity horizontal cells (L-HCs) to short-wavelength-sensitive cones in the retinas of lower vertebrates. In this regard we studied the C-HCs of the Xenopus retina. C-HCs and L-HCs were identified by physiological criteria and then injected with neurobiotin. The retina then was incubated with peanut agglutinin, which stains red-but not blue-sensitive cones. Electron microscopic examination revealed that L-HCs contact all cone classes, whereas C-HCs contact only blue-sensitive cones. Simultaneous recordings from C-HC/L-HC pairs established that when the L-HC was saturated by a steady bright red light, C-HCs alone responded to a superimposed blue stimulus. In response to red test flashes, the C-HC response was delayed by approximately 30 msec with respect to the L-HC response. Isolated HCs of both subtypes were examined by whole-cell patch clamp. Both responded to kainate with sustained inward currents and to quisqualate or alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) with desensitizing currents from a negative holding potential; i.e., both have AMPA-type glutamate receptors. gamma-Aminobutyric acid or glycine opened a chloride channel in the L-HC, whereas the C-HC was unresponsive to either inhibitory amino acid. Since glycine has been shown to abolish selectively the depolarizing response of the C-HC, this finding and other pharmacological data strongly implicate the L-HC in the underlying circuit. Moreover, because the C-HC does not respond to gamma-aminobutyric acid, the neurotransmitter of the L-HC, by elimination, a feedback synapse from L-HC to blue cone is the most plausible mechanism for the creation of depolarizing responses in C-HCs.

Micrornas 9a, 9b, 9c And 315 Regulate Expression Of A Reporter For The Neuronal Microtubule-Associated Protein Futsch/map1b

Fragile X syndrome (FXS) is the most common form of inherited mental retardation in humans. FXS is caused by loss of the Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP), an important regulator of neuronal mRNA translation. Patients with FXS display cognitive deficits including memory problems. Protein synthesis-dependent long-term changes in synaptic plasticity are involved in the establishment and maintenance of long-term memory. One prevalent theory of FXS pathology predicts that FMRP is required to negatively regulate the translation of important mRNAs at the synapse. We are investigating microRNAs (miRNAs) as a potential regulator of synaptic FMRP-regulated mRNAs that have previously been described as being crucial to the process of synaptic plasticity. The general hypothesis underlying this thesis is that FMRP may negatively regulate the expression of futsch (the Drosophila homologue of the microtubule-associated protein gene MAP1B) via the miRNA pathway. The first step we took in testing this hypothesis was to confirm that futsch is subject to miRNA-mediated translational control. Using in silico target analysis, we predicted that several neuronally expressed miRNAs target the futsch mRNA 3'UTR and repress expression of Futsch protein. Then, using an in vitro luciferase reporter system, we showed that miR-315 and members of the miR-9 family selectively down-regulated futsch reporter translation. We have confirmed by site- directed mutagenesis that the miRNA interaction with the futsch 3'UTR is specific to the miRNA seed region binding site. Interestingly, reduction of FMRP levels by RNAi had no effect on futsch 3'UTR reporter expression. Together, these data suggest regulation of futsch expression by the miRNA pathway might be independent of FMRP activity. However, additional experiments need to be completed to confirm these preliminary results.

Acute Synaptic Activity Causes Differential miRNA Expression in The Drosophila melanogaster Larval Central Nervous System

The primary goal of this thesis was to determine if spaced synaptic stimulation induced the differential expression of microRNAs (miRNAs) in the Drosophila melanogaster central nervous system (CNS). Prior to attaining this goal, we needed to identify and validate a spaced stimulation paradigm that could induce the formation of new synaptic growth at a model synapse, the larval neuromuscular junction (NMJ). Both Channelrhodopsin- and high potassium-based stimulation paradigms adapted from (Ataman, et al. 2008) were tested. Once validation of these paradigms was complete, we sought to characterize the miRNA expression profile of the larval CNS by miRNA array. Following attainment of these data, we used quantitative real-time PCR (RT-qPCR) to determine if acute synaptic stimulation caused the differential expression of neuronal miRNAs. We found that upon high potassium spaced training in a wild type (Canton S) genotype, 5 miRNAs showed significant differential expression when normalized to a validated reference gene, the U1 snRNA. Moreover, absolute quantification of our RT-qPCR study implicated one miRNA: miR-958 as being significantly regulated by activity. Investigation into potential targets for miR-958 revealed it to be a potential regular of Dlar, a protein tyrosine phosphatase implicated in synapse development. This investigation provides the foundation to directly test our underlying hypothesis that, following spaced training, differential expression of miRNAs alters the translation of proteins required to induce and maintain these structural changes at the synapse.

Activity-Regulated microRNAs: Modulators of Synaptic Growth at the Drosophila Neuromuscular Junction

It is well established that long-term changes in synaptic structure and function are mediated by rapid activity-dependent gene transcription and new protein synthesis. A growing body of evidence supports the involvement of the microRNA (miRNA) pathway in these processes. We have used the Drosophila neuromuscular junction (NMJ) as a model synapse to characterize activity-regulated miRNAs and their important mRNA targets. Here, we have identified five neuronal miRNAs (miRs-1, -8, -289, -314, and -958) that are significantly downregulated in response to neuronal activity. Furthermore we have discovered that neuronal misexpression of three of these miRNAs (miR-8, -289, and -958) is capable of suppressing new synaptic growth in response to activity suggesting that these miRNAs control the translation of biologically relevant target mRNAs. Putative targets of the activity-regulated miRNAs-8 and -289 are significantly enriched in clusters mapping to functional processes including axon development, pathfinding, and axon growth. We demonstrate that activity-regulated miR-8 regulates the 3'UTR of wingless, a presynaptic regulatory protein involved in the process of activity-dependent axon terminal growth. Additionally, we show that the 3'UTR of the protein tyrosine phosophatase leukocyte antengen related (lar), a protein required for axon guidance and synaptic growth, is regulated by activity-regulated miRNAs-8, -289, and -958 in vitro. Both wg and lar were identified as relevant putative targets for co-regulation based through our functional cluster analysis. One putative target of miR-289 is the Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CamKII). While CamKII is not predicted as a target for co-regulation by multiple activity-regulated miRNAs we identified it as an especially pertinent target for analysis in our system for two reasons. First, CamKII has an extremely well characterized role in postsynaptic plasticity, but its presynaptic role is less well characterized and bears further analysis. Second, local translation of CamKII mRNA is regulated in part by the miRNA pathway in an activity-dependent manner in dendrites. We find that the CamKII 3'UTR is regulated by miR-289 in-vitro and this regulation is alleviated by mutating the `seed region' of the miR-289 binding site within the CamKII 3'UTR. Furthermore, we demonstrate a requirement for local translation of CamKII in motoneurons in the process of activity-regulated axon terminal growth.

Age-related functional and structural retinal modifications in the Igf1−/− null mouse

Background. Mutations in the gene encoding human insulin-like growth factor-I (IGF-I) cause syndromic neurosensorial deafness. To understand the precise role of IGF-I in retinal physiology, we have studied the morphology and electrophysiology of the retina of the Igf1−/− mice in comparison with that of the Igf1+/− and Igf1+/+ animals during aging. Methods. Serological concentrations of IGF-I, glycemia and body weight were determined in Igf1+/+, Igf1+/− and Igf1−/− mice at different times up to 360 days of age. We have analyzed hearing by recording the auditory brainstem responses (ABR), the retinal function by electroretinographic (ERG) responses and the retinal morphology by immunohistochemical labeling on retinal preparations at different ages. Results. IGF-I levels are gradually reduced with aging in the mouse. Deaf Igf1−/− mice had an almost flat scotopic ERG response and a photopic ERG response of very small amplitude at postnatal age 360 days (P360). At the same age, Igf1+/− mice still showed both scotopic and photopic ERG responses, but a significant decrease in the ERG wave amplitudes was observed when compared with those of Igf1+/+ mice. Immunohistochemical analysis showed that P360 Igf1−/− mice suffered important structural modifications in the first synapse of the retinal pathway, that affected mainly the postsynaptic processes from horizontal and bipolar cells. A decrease in bassoon and synaptophysin staining in both rod and cone synaptic terminals suggested a reduced photoreceptor output to the inner retina. Retinal morphology of the P360 Igf1+/− mice showed only small alterations in the horizontal and bipolar cell processes, when compared with Igf1+/+ mice of matched age. Conclusions. In the mouse, IGF-I deficit causes an age-related visual loss, besides a congenital deafness. The present results support the use of the Igf1−/− mouse as a new model for the study of human syndromic deaf-blindness.

Contribution différentielle de Neuroligine‐1 et d’EphA4 à la régulation du sommeil

Le sommeil est un besoin vital et le bon fonctionnement de l’organisme dépend de la quantité et de la qualité du sommeil. Le sommeil est régulé par deux processus : un processus circadien qui dépend de l’activité des noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus et qui régule le moment durant lequel nous allons dormir, et un processus homéostatique qui dépend de l’activité neuronale et se reflète dans l’intensité du sommeil. En effet, le sommeil dépend de l’éveil qui le précède et plus l’éveil dure longtemps, plus le sommeil est profond tel que mesuré par des marqueurs électroencéphalographiques (EEG). Des études ont montré que le bon fonctionnement de ces deux processus régulateurs du sommeil dépend de la plasticité synaptique. Ainsi, les éléments synaptiques régulant la communication et la force synaptique sont d’importants candidats pour agir sur la physiologie de la régulation du sommeil. Les molécules d’adhésion cellulaire sont des acteurs clés dans les mécanismes de plasticité synaptique. Elles régulent l’activité et la maturation des synapses. Des études ont montré que leur absence engendre des conséquences similaires au manque de sommeil. Le but de ce projet de thèse est d’explorer l’effet de l’absence de deux familles de molécule d’adhésion cellulaire, les neuroligines et la famille des récepteur Eph et leur ligand les éphrines dans les processus régulateurs du sommeil. Notre hypothèse est que l’absence d’un des membres de ces deux familles de molécule affecte les mécanismes impliqués dans le processus homéostatique de régulation du sommeil. Afin de répondre à notre hypothèse, nous avons étudié d’une part l’activité EEG chez des souris mutantes n’exprimant pas Neuroligine‐1 (Nlgn1) ou le récepteur EphA4 en condition normale et après une privation de sommeil. D’autre part, nous avons mesuré les changements moléculaires ayant lieu dans ces deux modèles après privation de sommeil. Au niveau de l’activité EEG, nos résultats montrent que l’absence de Nlgn1 augmente la densité des ondes lentes en condition normale et augment l’amplitude et la pente des ondes lentes après privation de sommeil. Nlgn1 est nécessaire au fonctionnement normal de la synchronie corticale, notamment après une privation de sommeil, lui attribuant ainsi un rôle clé dans l’homéostasie du sommeil. Concernant le récepteur EphA4, son absence affecte la durée du sommeil paradoxal ainsi que l’activité sigma qui dépendent du processus circadien. Nos résultats suggèrent donc que ce récepteur est un élément important dans la régulation circadienne du sommeil. Les changements transcriptionnels en réponse à la privation de sommeil des souris n’exprimant pas Nlgn1 et EphA4 ne sont pas différents des souris sauvages. Toutefois, nous avons montré que la privation de sommeil affectait la distribution des marques épigénétiques sur le génome, tels que la méthylation et l’hydroxyméthylation, et que l’expression des molécules régulant ces changements est modifiée chez les souris mutantes pour le récepteur EphA4. Nos observations mettent en évidence que les molécules d’adhésion cellulaire, Nlgn1 et le récepteur EphA4, possèdent un rôle important dans les processus homéostatique et circadien du sommeil et contribuent de manière différente à la régulation du sommeil.

The role of protein convertases in bigdynorphin and dynorphin A metabolic pathway

Les dynorphines sont des neuropeptides importants avec un rôle central dans la nociception et l’atténuation de la douleur. De nombreux mécanismes régulent les concentrations de dynorphine endogènes, y compris la protéolyse. Les Proprotéines convertases (PC) sont largement exprimées dans le système nerveux central et clivent spécifiquement le C-terminale de couple acides aminés basiques, ou un résidu basique unique. Le contrôle protéolytique des concentrations endogènes de Big Dynorphine (BDyn) et dynorphine A (Dyn A) a un effet important sur la perception de la douleur et le rôle de PC reste à être déterminée. L'objectif de cette étude était de décrypter le rôle de PC1 et PC2 dans le contrôle protéolytique de BDyn et Dyn A avec l'aide de fractions cellulaires de la moelle épinière de type sauvage (WT), PC1 -/+ et PC2 -/+ de souris et par la spectrométrie de masse. Nos résultats démontrent clairement que PC1 et PC2 sont impliquées dans la protéolyse de BDyn et Dyn A avec un rôle plus significatif pour PC1. Le traitement en C-terminal de BDyn génère des fragments peptidiques spécifiques incluant dynorphine 1-19, dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7 et Dyn A génère les fragments dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7. Ils sont tous des fragments de peptides associés à PC1 ou PC2. En plus, la protéolyse de BDyn conduit à la formation de Dyn A et Leu-Enk, deux peptides opioïdes importants. La vitesse de formation des deux est réduite de manière significative dans les fractions cellulaires de la moelle épinière de souris mutantes. En conséquence, l'inhibition même partielle de PC1 ou PC2 peut altérer le système opioïde endogène.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

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.

Can Ukraine be saved at this 11th hour? CEPS Commentary, 2 May 2014

With Ukraine disintegrating before our eyes, Michael Emerson calls for the EU to convene again the Geneva Quad with the utmost urgency, and proposes a peacekeeping operation by a jointly flagged tripartite brigade of Ukrainian, EU and Russian troops and police to clean up the Maidan in Kyiv, moving on into Donetsk and Lugansk. This short-term action should also have long-term consequences for the European order, if it initiated a switch by the EU and Russia into a cooperative mode over their common neighbourhood.

Disengaging the Smc3/kleisin interface releases cohesin from Drosophila chromosomes during interphase and mitosis

Cohesin's Smc1, Smc3, and kleisin subunits create a tripartite ring within which sister DNAs are entrapped. Evidence suggests that DNA enters through a gate created by transient dissociation of the Smc1/3 interface. Release at the onset of anaphase is triggered by proteolytic cleavage of kleisin. Less well understood is the mechanism of release at other stages of the cell cycle, in particular during prophase when most cohesin dissociates from chromosome arms in a process dependent on the regulatory subunit Wapl. We show here that Wapl-dependent release from salivary gland polytene chromosomes during interphase and from neuroblast chromosome arms during prophase is blocked by translational fusion of Smc3's C-terminus to kleisin's N-terminus. Our findings imply that proteolysis-independent release of cohesin from chromatin is mediated by Wapl-dependent escape of DNAs through a gate created by transient dissociation of the Smc3/kleisin interface. Thus, cohesin's DNA entry and exit gates are distinct.

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.