Rôle des récepteurs aux protéines G (GPR55, GPR91 et GPR99) dans la croissance et le guidage axonal au cours du développement du système visuel.

Lors de l’attribution du prix Nobel de chimie aux docteurs Robert Leftkowitz et Brian Kobika pour leurs travaux essentiels sur les récepteurs couplés à des protéines G (RCPGs), Sven Lindin, membre du comité Nobel, a affirmé que « jusqu'à la moitié » des médicaments « reposent sur une action ciblant les RCPG ». En raison de leurs rôles importants, leurs mécanismes d'activation et l’action de leurs ligands, les RCPG demeurent les cibles potentielles de la majorité des recherches pour le développement de nouveaux médicaments et de leurs applications cliniques. Dans cette optique, nous avons concentré nos recherches à travers cette thèse pour élucider les rôles, les mécanismes d’action et les effets des ligands de trois RCPG : GPR55; GPR91 et GPR99 au cours du développement des axones des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). Les résultats de nos études confirment l’expression des récepteurs lors du développement embryonnaire, postnatal et adulte des CGRs ainsi qu’au cours de l’établissement de la voie rétinothalamique. In vitro, la modulation pharmacologique et génétique de l’activité de ces RCPGs réorganise la morphologie du cône de croissance des CGRs, celle des neurones corticaux et elle modifie la croissance axonale globale. De plus, les effets de la stimulation avec des ligands des ces trois RCPGs sur le guidage axonal varient d’aucun effet (GPR91 et GPR99) à la répulsion ou l’attraction (GPR55). La voie de signalisation MAPK-ERK1/2 joue un rôle essentiel dans la médiation des effets des ligands de ces récepteurs avec une implication de la voie de RhoA à hautes concentrations pour l’agoniste endogène de GPR55. In vivo, cette recherche démontre également l’implication de GPR55 dans les processus de sélection des cibles thalamiques et de raffinement au cours du développement du système nerveux visuel.

Étude du rôle des récepteurs des kinines dans la douleur neuropathique chez le rat

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Identification des gènes modifiant l’âge d’apparition du glaucome primaire à angle-ouvert dans une famille canadienne-française fondatrice.

Le glaucome est un groupe hétérogène de maladies qui sont caractérisées par l’apoptose des cellules ganglionnaires de la rétine et la dégénérescence progressive du nerf optique. Il s’agit de la première cause de cécité irréversible, qui touche environ 60 millions de personnes dans le monde. Sa forme la plus commune est le glaucome à angle ouvert (GAO), un trouble polygénique causé principalement par une prédisposition génétique, en interaction avec d’autres facteurs de risque tels que l’âge et la pression intraoculaire élevée (PIO). Le GAO est une maladie génétique complexe, bien que certaines formes sévères sont autosomiques dominantes. Dix-sept loci ont été liés à la maladie et acceptés par la « Human Genome Organisation » (HUGO) et cinq gènes ont été identifiés à ces loci (MYOC, OPTN, WDR36, NTF4, ASB10). Récemment, des études d’association sur l’ensemble du génome ont identifié plus de 20 facteurs de risque fréquents, avec des effets relativement faibles. Depuis plus de 50 ans, notre équipe étudie 749 membres de la grande famille canadienne-française CA où la mutation MYOCK423E cause une forme autosomale dominante de GAO dont l’âge de début est fortement variable. Premièrement, il a été montré que cette variabilité de l’âge de début de l’hypertension intraoculaire possède une importante composante génétique causée par au moins un gène modificateur. Ce modificateur interagit avec la mutation primaire et altère la sévérité du glaucome chez les porteurs de MYOCK423E. Un gène modificateur candidat WDR36 a été génotypé dans 2 grandes familles CA et BV. Les porteurs de variations non-synonymes de WDR36 ainsi que de MYOCK423E de la famille CA ont montré une tendance à développer la maladie plus jeune. Un outil de forage de données a été développé pour représenter des informations connues relatives à la maladie et faciliter la priorisation des gènes candidats. Cet outil a été appliqué avec succès à la dépression bipolaire et au glaucome. La suite du projet consiste à finaliser un balayage de génome sur la famille CA et à séquencer les loci afin d’identifier les variations modificatrices du glaucome. Éventuellement, ces variations permettront d’identifier les individus dont le glaucome risque d’être plus agressif.

Giant cell tumor of tendon sheath: study of 64 cases and review of literature

The giant cell tumor of tendon sheath (GCTTS) is the most common benign neoplasm in the hand after the ganglion cyst. Several hypotheses were formulated about the etiological factors of these tumors, but still there is not a common opinion on etiology, prognostic factors and recurrence rate. This article presents a review of literature of the last 15 years about GCTTS to assess the demographic, clinical and histological profile. We compared the information obtained from literature with our experience of 64 cases between 2000 and 2012. Our study showed similar results to those reported in literature, except for the recurrence rate: only 3 cases (4.7%) of 64 patients reported recurrence (versus about 15% on average in literature). Among the various possible factors that predispose to recurrence, it is necessary that the surgeon ensures complete excision of the tumor and removal of any residual satellite nodules. Although the marginal excision is the treatment of choice, it is often difficult to perform due to for the location and the strict adherence of the tumor to the tendon or neurovascular bundles. We used in all cases a magnifying loupe to help a careful research of satellite lesions and to respect surrounding structures.

OPA1-related disorders: Diversity of clinical expression, modes of inheritance and pathophysiology

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A novel mutation of AFG3L2 might cause dominant optic atrophy in patients with mild intellectual disability

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Recessive Mutations in RTN4IP1 Cause Isolated and Syndromic Optic Neuropathies

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Neuroradiological findings expand the phenotype of OPA1-related mitochondrial dysfunction

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Macular Thickness as a Potential Biomarker of Mild Alzheimer's Disease

Although several postmortem findings in the retina of patients with Alzheimer's disease (AD) are available, new biomarkers for early diagnosis and follow-up of AD are still lacking. It has been postulated that the defects in the retinal nerve fiber layer (RNFL) may be the earliest sign of AD, even before damage to the hippocampal region that affects memory. This fact may reflect retinal neuronal-ganglion cell death and axonal loss in the optic nerve in addition to aging.

Evaluation of Calretinin as a New Marker in the Diagnosis of Hirschsprung Disease

Background: Hirschsprung’s disease (HD) is a congenital intestinal motility disorder with absence of ganglion cells in the colonic wall. Diagnosis of the disease is mainly based on the identification of the lack of ganglion cells in the pathology sections of the colon which is very difficult and time consuming and also needs several serial cut sections. There are many proposed markers in this field in the literature but none of them has been satisfactory. Calretinin immunohistochemistry (IHC) has been introduced as a new diagnostic marker to overcome the problems in diagnosis of this disease about 5 years ago. However there are few studies regarding the benefits and pitfalls of this marker. Objectives: The aim of this study is to determine the diagnostic value of calretinin IHC in detecting aganglionosis (HD). Patients and Methods: 27 HD patients and 28 non-Hirschsprung’s disease (NHD) patients were collected in a prospective study and calretinin IHC was performed on 31 aganglionic and 51 normoganglionic full wall thickness sections of colectomies (some of the cases had more than 1 section). The IHC slides were evaluated by two pathologists and the diagnostic value was calculated in comparison with gold standard which is the presence or absence of ganglion cells in serial Hematoxylin and Eosin (HE) stained sections of the colectomies. Results: There was great concordance between the final diagnosis of both pathologists and gold standard (k > 0.9). Calretinin immunostaining showed 100% specificity and positive predictive value and more than 90% sensitivity and negative predictive value. High agreement was present between the two pathologists (k > 0.9). Conclusions: Calretinin IHC is a very convenient, useful and valuable method to demonstrate aganglionosis in HD patients. Loss of calretinin immunostaining in lamina propria and submucosa is characteristic of HD.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.

Automatic Counting of Microglial Cells in Healthy and Glaucomatous Mouse Retinas

Proliferation of microglial cells has been considered a sign of glial activation and a hallmark of ongoing neurodegenerative diseases. Microglia activation is analyzed in animal models of different eye diseases. Numerous retinal samples are required for each of these studies to obtain relevant data of statistical significance. Because manual quantification of microglial cells is time consuming, the aim of this study was develop an algorithm for automatic identification of retinal microglia. Two groups of adult male Swiss mice were used: age-matched controls (naïve, n = 6) and mice subjected to unilateral laser-induced ocular hypertension (lasered; n = 9). In the latter group, both hypertensive eyes and contralateral untreated retinas were analyzed. Retinal whole mounts were immunostained with anti Iba-1 for detecting microglial cell populations. A new algorithm was developed in MATLAB for microglial quantification; it enabled the quantification of microglial cells in the inner and outer plexiform layers and evaluates the area of the retina occupied by Iba-1+ microglia in the nerve fiber-ganglion cell layer. The automatic method was applied to a set of 6,000 images. To validate the algorithm, mouse retinas were evaluated both manually and computationally; the program correctly assessed the number of cells (Pearson correlation R = 0.94 and R = 0.98 for the inner and outer plexiform layers respectively). Statistically significant differences in glial cell number were found between naïve, lasered eyes and contralateral eyes (P<0.05, naïve versus contralateral eyes; P<0.001, naïve versus lasered eyes and contralateral versus lasered eyes). The algorithm developed is a reliable and fast tool that can evaluate the number of microglial cells in naïve mouse retinas and in retinas exhibiting proliferation. The implementation of this new automatic method can enable faster quantification of microglial cells in retinal pathologies.

Cold acclimation of chill coma mechanisms in the locust CNS

Temperature has profound effects on the neural function and behaviour of insects. When exposed to low temperature, migratory locusts (Locusta migratoria) enter chill coma (neuromuscular paralysis) and can resume normal body functions after returning to normal temperature. Our laboratory has studied phenomena underlying environmental stress-induced comas in locusts and found that they are associated with a sudden loss of K+ homeostasis and also a temporary electrical silence in the central nervous system (CNS). However, the mechanisms underlying chill coma entry and recovery are not well understood, particularly the role of the CNS has not been determined. Here, I investigated neural function during chill coma in the locust by measuring electrical activity in the CNS. As pre-exposure to moderately low temperatures, either chronically (cold acclimation) or acutely (rapid cold hardening; RCH), has been found to improve the insect’s cold tolerance, I also determined cold acclimation and RCH protocols that will improve the locust's cold tolerance and whether these protocols affect neural shutdown during chill coma in the locust. With an implanted thermocouple in the thorax, I determined the temperature associated with a loss of responsiveness (CTmin) in intact male adult locusts. In parallel experiments, I recorded field potential (FP) in the metathoracic ganglion (MTG) in semi-intact preparations to determine the temperature that would induce neural shutdown. I found that acclimation at 10 ˚C and RCH at 4 ˚C reduced chill coma recovery time (CCRT) in intact animal preparations and RCH at 4 ˚C for 4 hours reduced the temperature at neural shutdown in semi-intact preparations. These results suggest that pre-exposure to cold can improve the locust's resistance to chill coma and support the notion that the CNS has a role in determining entry into and exit from chill coma in locusts.

Les récepteurs GPR91 et GPR99 et leur implication dans le développement du système nerveux visuel

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) démontrent de plus en plus de capacités à activer des mécanismes jusqu’alors associés à des facteurs de transcription ou des molécules d’adhésion. En effet, de nouvelles preuves rapportent qu’ils pourraient également participer au guidage axonal qui est le mécanisme permettant aux axones de cellules nerveuses de rejoindre leur cible anatomique. Le guidage axonal se fait par l’interaction entre les molécules de guidage et une structure particulière présente à l’extrémité de l’axone, le cône de croissance. Par exemple, les RCPGs participent au guidage des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR), dont les axones s’étendent de la rétine jusqu’au noyaux cérébraux associés à la vision. Cet effet est observé avec des RCPGs tels que les récepteurs aux cannabinoïdes (CB1 et CB2) et celui du lysophosphatidylinositol, le GPR55. Les RCPGs GPR91 et GPRG99, respectivement récepteurs au succinate et à l’α-cétoglutarate, se trouvent à la surface de ces CGRs, ce qui en font des candidats potentiels pouvant participer au guidage axonal. Dans ce mémoire, l’effet des ligands de ces récepteurs sur la croissance et la navigation des axones des CGRs fut analysé. L’impact produit par ces récepteurs ainsi que leurs ligands sur la morphologie des cônes de croissance fut déterminé en mesurant leur taille et le nombre de filopodes présents sur ces cônes. Pour évaluer le rôle du succinate et de l’a-cétoglutarate sur la croissance globale des axones de CGRs, la longueur totale des projections axonales d’explants rétiniens a été mesurée. L’effet de ces ligands des récepteurs GPR91 et GPR99 sur le guidage axonal a également été évalué en temps réel à l’aide d’un gradient créé par un micro injecteur placé à 45° et à 100µm du cône de croissance. La distribution in vivo des récepteurs GPR91 et GPR99 sur la rétine a été étudié à l’aide d’expériences d’immunohistochimie. Les résultats obtenus indiquent que l’ajout de 100µM de succinate produit une augmentation de la taille des cônes de croissance et du nombre de filopodes présents à leur surface. Il augmente également la croissance des axones. Ce type de réponse fut également observé lorsque les cellules furent soumises à 200µM d’α-cétoglutarate. Fait à noter, les deux récepteurs n’ont pas d’impact sur le guidage axonal. Ces résultats indiquent donc que les agonistes des récepteurs GPR91 et GPR99 augmentent la croissance des cellules ganglionnaires lorsqu’ils sont présents lors du développement. Par contre, ils n’ont pas d’influence sur la direction prise par les cônes de croissance. Ces nouvelles données sont un pas de plus dans la compréhension des mécanismes qui gèrent et participent au développement et la croissance des CGRs, ce qui pourrait donner de nouvelles cibles thérapeutique pouvant mener à la régénération de nerfs optiques endommagés.