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.

Overexpression of guanylate cyclase activating protein 2 in rod photoreceptors in vivo leads to morphological changes at the synaptic ribbon

Guanylate cyclase activating proteins are EF-hand containing proteins that confer calcium sensitivity to retinal guanylate cyclase at the outer segment discs of photoreceptor cells. By making the rate of cGMP synthesis dependent on the free intracellular calcium levels set by illumination, GCAPs play a fundamental role in the recovery of the light response and light adaptation. The main isoforms GCAP1 and GCAP2 also localize to the synaptic terminal, where their function is not known. Based on the reported interaction of GCAP2 with Ribeye, the major component of synaptic ribbons, it was proposed that GCAP2 could mediate the synaptic ribbon dynamic changes that happen in response to light. We here present a thorough ultrastructural analysis of rod synaptic terminals in loss-of-function (GCAP1/GCAP2 double knockout) and gain-of-function (transgenic overexpression) mouse models of GCAP2. Rod synaptic ribbons in GCAPs−/− mice did not differ from wildtype ribbons when mice were raised in constant darkness, indicating that GCAPs are not required for ribbon early assembly or maturation. Transgenic overexpression of GCAP2 in rods led to a shortening of synaptic ribbons, and to a higher than normal percentage of club-shaped and spherical ribbon morphologies. Restoration of GCAP2 expression in the GCAPs−/− background (GCAP2 expression in the absence of endogenous GCAP1) had the striking result of shortening ribbon length to a much higher degree than overexpression of GCAP2 in the wildtype background, as well as reducing the thickness of the outer plexiform layer without affecting the number of rod photoreceptor cells. These results indicate that preservation of the GCAP1 to GCAP2 relative levels is relevant for maintaining the integrity of the synaptic terminal. Our demonstration of GCAP2 immunolocalization at synaptic ribbons at the ultrastructural level would support a role of GCAPs at mediating the effect of light on morphological remodeling changes of synaptic ribbons.

Immunohistochemical evidence of synaptic retraction, cytoarchitectural remodeling, and cell death in the inner retina of the rat model of Oygen-Induced Retinopathy (OIR)

Purpose. Postnatal exposure to hyperoxia destroys the plexiform layers of the neonatal rat retina, resulting in significant electroretinographic anomalies. The purpose of this study was to identify the mechanisms at the origin of this loss. Methods. Sprague-Dawley (SD) and Long Evans (LE) rats were exposed to hyperoxia from birth to postnatal day (P) 6 or P14 and from P6 to P14, after which rats were euthanatized at P6, P14, or P60. Results. At P60, synaptophysin staining confirmed the lack of functional synaptic terminals in SD (outer plexiform layer [OPL]) and LE (OPL and inner plexiform layer [IPL]) rats. Uneven staining of ON-bipolar cell terminals with mGluR6 suggests that their loss could play a role in OPL thinning. Protein kinase C(PKC)-α and recoverin (rod and cone ON-bipolar cells, respectively) showed a lack of dendritic terminals in the OPL with disorganized axonal projections in the IPL. Although photoreceptor nuclei appeared intact, a decrease in bassoon staining (synaptic ribbon terminals) suggests limited communication to the inner retina. Findings were significantly more pronounced in LE rats. An increase in TUNEL-positive cells was observed in LE (inner nuclear layer [INL] and outer nuclear layer [ONL]) and SD (INL) rats after P0 to P14 exposure (425.3%, 102.2%, and 146.3% greater than control, respectively [P < 0.05]). Conclusions. Results suggest that cell death and synaptic retraction are at the root of OPL thinning. Increased TUNEL-positive cells in the INL confirm that cells die, at least in part, because of apoptosis. These findings propose a previously undescribed mechanism of cell death and synaptic retraction that are likely at the origin of the functional consequences of hyperoxia.

Neurospora crassa transcriptomics reveals oxidative stress and plasma membrane homeostasis biology genes as key targets in response to chitosan

Chitosan is a natural polymer with antimicrobial activity. Chitosan causes plasma membrane permeabilization and induction of intracellular reactive oxygen species (ROS) in Neurospora crassa. We have determined the transcriptional profile of N. crassa to chitosan and identified the main gene targets involved in the cellular response to this compound. Global network analyses showed membrane, transport and oxidoreductase activity as key nodes affected by chitosan. Activation of oxidative metabolism indicates the importance of ROS and cell energy together with plasma membrane homeostasis in N. crassa response to chitosan. Deletion strain analysis of chitosan susceptibility pointed NCU03639 encoding a class 3 lipase, involved in plasma membrane repair by lipid replacement, and NCU04537 a MFS monosaccharide transporter related to assimilation of simple sugars, as main gene targets of chitosan. NCU10521, a glutathione S-transferase-4 involved in the generation of reducing power for scavenging intracellular ROS is also a determinant chitosan gene target. Ca2+ increased tolerance to chitosan in N. crassa. Growth of NCU10610 (fig 1 domain) and SYT1 (a synaptotagmin) deletion strains was significantly increased by Ca2+ in the presence of chitosan. Both genes play a determinant role in N. crassa membrane homeostasis. Our results are of paramount importance for developing chitosan as an antifungal.

ESTUDIO DE MOLÉCULAS INVOLUCRADAS EN LA REGULACIÓN DE LA HOMEOSTASIS VACUOLAR Y LA ENDOCITOSIS DE ANTIPARASITARIOS NATURALES EN GIARDIA LAMBLIA

La endocitosis y el tráfico de proteínas lisosomales son eventos esenciales en los parásitos patógenos ya que están directamente vinculados a procesos específicos vitales tales como la invasión de células hospedadoras, la nutrición y la diferenciación celular a estadios resistentes. En el parásito unicelular G. lamblia, las moléculas que participan en estos procesos fueron analizadas por nuestro grupo e incluyen la acción de las proteínas adaptadoras AP-1 y AP-2 y del coatómero clatrina, con implicancia incierta de otras proteínas adaptadoras. Recientemente, hemos identificado a la proteína GlENTHp (Giardia lamblia ENTH protein) que contiene un dominio de ENTH presente en las proteínas adaptadoras monoméricas epsina o epsinaR (proteína relacionada a epsina), que participan en la endocitosis y el tráfico de proteínas desde el aparato de Golgi a los endosomas, respectivamente, en otros tipos celulares. Hemos encontrado que GlENTHp se une clatrina y ubiquitina y, notablemente, también interactúa con la subunidad alfa de la AP-2 (que participan en la endocitosis) y la subunidad gamma de la AP-1 (implicada en el tráfico de Golgi-a-lisosoma). Encontramos también que GlENTHp estaría asociada a membrana a través de su unión a fosfoinosítidos vinculados al anclaje a la membrana plasmática y membrana de Golgi en células de mamífero. La reducción de la expresión de GlENTHp o la sobreexpresión de una mutante de GlENTHp no funcional mostró una acumulación inusual de material electrodenso en las vacuolas lisosomales periféricas o PVs, estando gravemente afectado el crecimiento de los trofozoítos. Un hallazgo similar se observó en trofozoítos salvajes tratados con lactoferrina, un metabolito antimicrobiano natural y una de las barreras de defensa del hospedador más importantes contra G. lamblia. El mismo efecto, se vió luego de la exposición de trofozoítos a LY294002, un inhibidor de las enzimas PI3 quinasas capaces de fosforilar fosfatidilinositol a fosfoinosítidos. Estos estudios acerca de la función molecular de drogas antiparasitarias y el análisis de su relación con la maquinaria endocítica nos permitirían inferir la utilidad clínica de esta droga natural en particular pero también nos permitirán establecer nuevas bases en la investigación de un enfoque de administración de drogas específicas a través de receptores de alta afinidad en general. Por lo tanto, en este proyecto nos proponemos continuar con el estudio del tráfico de proteínas mediado por clatrina implicado en el mantenimiento de la homeostasis de las PVs y su implicancia en la incorporación de giardicidas naturales. Nuevos hallazgos posiblemente nos darán una visión diferente de la función de las PVs y pueden brindar información sobre vías de intervención terapéutica alternativas contra Giardia y otros parásitos relacionados.

BDNF impairs recovery of synaptic transmission after hypoxia even with blockage of adenosine A2A receptors

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

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 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.

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.

ROR alpha regulates the expression of genes involved in lipid homeostasis in skeletal muscle cells - Caveolin-3 and CPT-1 are direct targets of ROR

The staggerer mice carry a deletion in the RORalpha gene and have a prolonged humoral response, overproduce inflammatory cytokines, and are immunodeficient. Furthermore, the staggerer mice display lowered plasma apoA-I/-II, decreased plasma high density lipoprotein cholesterol and triglycerides, and develop hypo-alpha-lipoproteinemia and atherosclerosis. However, relatively little is known about RORalpha in the context of target tissues, target genes, and lipid homeostasis. For example, RORalpha is abundantly expressed in skeletal muscle, a major mass peripheral tissue that accounts for similar to40% of total body weight and 50% of energy expenditure. This lean tissue is a primary site of glucose disposal and fatty acid oxidation. Consequently, muscle has a significant role in insulin sensitivity, obesity, and the blood-lipid profile. In particular, the role of RORalpha in skeletal muscle metabolism has not been investigated, and the contribution of skeletal muscle to the ROR-/- phenotype has not been resolved. We utilize ectopic dominant negative RORalpha expression in skeletal muscle cells to understand the regulatory role of RORs in this major mass peripheral tissue. Exogenous dominant negative RORalpha expression in skeletal muscle cells represses the endogenous levels of RORalpha and -gamma mRNAs and ROR-dependent gene expression. Moreover, we observed attenuated expression of many genes involved in lipid homeostasis. Furthermore, we show that the muscle carnitine palmitoyltransferase-1 and caveolin-3 promoters are directly regulated by ROR and coactivated by p300 and PGC-1. This study implicates RORs in the control of lipid homeostasis in skeletal muscle. In conclusion, we speculate that ROR agonists would increase fatty acid catabolism in muscle and suggest selective activators of ROR may have therapeutic utility in the treatment of obesity and atherosclerosis.

An in vivo comparative study of sonic, desert and Indian hedgehog reveals that hedgehog pathway activity regulates epidermal stem cell homeostasis

Despite the well-characterised role of sonic hedgehog (Shh) in promoting interfollicular basal cell proliferation and hair follicle downgrowth, the role of hedgehog signalling during epidermal stem cell fate remains largely uncharacterised. In order to determine whether the three vertebrate hedgehog molecules play a role in regulating epidermal renewal we overexpressed sonic (Shh), desert (Dhh) and Indian (Ihh) hedgehog in the basal cells of mouse skin under the control of the human keratin 14 promoter. We observed no overt epidermal morphogenesis phenotype in response to Ihh overexpression, however Dhh overexpression resulted in a range of embryonic and adult skin manifestations indistinguishable from Shh overexpression. Two distinct novel phenotypes were observed amongst Shh and Dhh transgenics, one exhibiting epidermal progenitor cell hyperplasia with the other displaying a complete loss of epidermal tissue renewal indicating deregulation of stem cell activity. These data suggest that correct temporal regulation of hedgehog activity is a key factor in ensuring epidermal stem cell maintenance. In addition, we observed Shh and Dhh transgenic skin from both phenotypes developed lesions reminiscent of human basal cell carcinoma (BCC), indicating that BCCs can be generated despite the loss of much of the proliferative (basal) compartment. These data suggest the intriguing possibility that BCC can arise outside the stem cell population. Thus the elucidation of Shh (and Dhh) target gene activation in the skin will likely identify those genes responsible for increasing the proliferative potential of epidermal basal cells and the mechanisms involved in regulating epidermal stem cell fate.

Glycinergic and GABAergic synaptic activity differentially regulate motoneuron survival and skeletal muscle innervation

GABAergic and glycinergic synaptic transmission is proposed to promote the maturation and refinement of the developing CNS. Here we provide morphological and functional evidence that glycinergic and GABAergic synapses control motoneuron development in a region-specific manner during programmed cell death. In gephyrin-deficient mice that lack all postsynaptic glycine receptor and some GABA(A) receptor clusters, there was increased spontaneous respiratory motor activity, reduced respiratory motoneuron survival, and decreased innervation of the diaphragm. In contrast, limb-innervating motoneurons showed decreased spontaneous activity, increased survival, and increased innervation of their target muscles. Both GABA and glycine increased limb-innervating motoneuron activity and decreased respiratory motoneuron activity in wild-type mice, but only glycine responses were abolished in gephyrin-deficient mice. Our results provide genetic evidence that the development of glycinergic and GABAergic synaptic inputs onto motoneurons plays an important role in the survival, axonal branching, and spontaneous activity of motoneurons in developing mammalian embryos.

SK channels regulate excitatory synaptic transmission and plasticity in the lateral amygdala

At glutamatergic synapses, calcium influx through NMDA receptors (NMDARs) is required for long-term potentiation (LTP); this is a proposed cellular mechanism underlying memory and learning. Here we show that in lateral amygdala pyramidal neurons, SK channels are also activated by calcium influx through synaptically activated NMDARs, resulting in depression of the synaptic potential. Thus, blockade of SK channels by apamin potentiates fast glutamatergic synaptic potentials. This potentiation is blocked by the NMDAR antagonist AP5 (D(-)-2-amino-5-phosphono-valeric acid) or by buffering cytosolic calcium with BAPTA. Blockade of SK channels greatly enhances LTP of cortical inputs to lateral amygdala pyramidal neurons. These results show that NMDARs and SK channels are colocalized at glutamatergic synapses in the lateral amygdala. Calcium influx through NMDARs activates SK channels and shunts the resultant excitatory postsynaptic potential. These results demonstrate a new role for SK channels as postsynaptic regulators of synaptic efficacy.