994 resultados para Neuronal Development
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The capacity for neuromodulation and biophysical plasticity is a defining feature of most mature neuronal cell types. In several cases, modulation at the level of the individual neuron has been causally linked to changes in the functional output of a neuronal circuit and subsequent adaptive changes in the organism’s behavioral responses. Understanding how such capacity for neuromodulation develops therefore may provide insights into the mechanisms both of neuronal development and learning and memory. We have examined the development of multiple forms of neuromodulation triggered by a common neurotransmitter, serotonin, in the pleural sensory neurons of Aplysia californica. We have found that multiple signaling cascades within a single neuron develop sequentially, with some being expressed only very late in development. In addition, our data suggest a model in which, within a single neuromodulatory pathway, the elements of the signaling cascade are developmentally expressed in a “retrograde” manner with the ionic channel that is modulated appearing early in development, functional elements in the second messenger cascade appearing later, and finally, coupling of the second messenger cascade to the serotonin receptor appearing quite late. These studies provide the characterization of the development of neuromodulation at the level of an identified cell type and offer insights into the potential roles of neuromodulatory processes in development and adult plasticity.
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Src-family protein tyrosine kinases (PTKs) transduce signals to regulate neuronal development and synaptic plasticity. However, the nature of their activators and molecular mechanisms underlying these neural processes are unknown. Here, we show that brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and platelet-derived growth factor enhance expression of α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)-type glutamate receptor 1 and 2/3 proteins in rodent neocortical neurons via the Src-family PTK(s). The increase in AMPA receptor levels was blocked in cultured neocortical neurons by addition of a Src-family-selective PTK inhibitor. Accordingly, neocortical cultures from Fyn-knockout mice failed to respond to BDNF whereas those from wild-type mice responded. Moreover, the neocortex of young Fyn mutants exhibited a significant in vivo reduction in these AMPA receptor proteins but not in their mRNA levels. In vitro kinase assay revealed that BDNF can indeed activate the Fyn kinase: It enhanced tyrosine phosphorylation of Fyn as well as that of enolase supplemented exogenously. All of these results suggest that the Src-family kinase Fyn, activated by the growth factors, plays a crucial role in modulating AMPA receptor expression during brain development.
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Neuropathological and brain imaging studies suggest that schizophrenia may result from neurodevelopmental defects. Cytoarchitectural studies indicate cellular abnormalities suggestive of a disruption in neuronal connectivity in schizophrenia, particularly in the dorsolateral prefrontal cortex. Yet, the molecular mechanisms underlying these findings remain unclear. To identify molecular substrates associated with schizophrenia, DNA microarray analysis was used to assay gene expression levels in postmortem dorsolateral prefrontal cortex of schizophrenic and control patients. Genes determined to have altered expression levels in schizophrenics relative to controls are involved in a number of biological processes, including synaptic plasticity, neuronal development, neurotransmission, and signal transduction. Most notable was the differential expression of myelination-related genes suggesting a disruption in oligodendrocyte function in schizophrenia.
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gamma-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors are the major sites of fast synaptic inhibition in the brain. They are constructed from four subunit classes with multiple members: alpha (1-6), beta (1-4), gamma (1-4), and delta (1). The contribution of subunit diversity in determining receptor subcellular targeting was examined in polarized Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells. Significant detection of cell surface homomeric receptor expression by a combination of both immunological and electrophysiological methodologies was only found for the beta 3 subunit. Expression of alpha/beta binary combinations resulted in a nonpolarized distribution for alpha 1 beta 1 complexes, but specific basolateral targeting of both alpha 1 beta 2 and alpha 1 beta 3 complexes. The polarized distribution of these alpha/beta complexes was unaffected by the presence of the gamma 2S subunit. Interestingly, delivery of receptors containing the beta 3 subunit to the basolateral domain occurs via the apical surface. These results show that beta subunits can selectively target GABAA receptors to distinct cellular locations. Changes in the spatial and temporal expression of beta-subunit isoforms may therefore provide a mechanism for relocating GABAA receptor function between distinct neuronal domains. Given the critical role of these receptors in mediating synaptic inhibition, the contribution of different beta subunits in GABAA receptor function, may have implications in neuronal development and for receptor localization/clustering.
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Synaptic plasticity is the dynamic regulation of the strength of synaptic communication between nerve cells. It is central to neuronal development as well as experience-dependent remodeling of the adult nervous system as occurs during memory formation. Aberrant forms of synaptic plasticity also accompany a variety of neurological and psychiatric diseases, and unraveling the biological basis of synaptic plasticity has been a major goal in neurobiology research. The biochemical and structural mechanisms underlying different forms of synaptic plasticity are complex, involving multiple signaling cascades, reconfigurations of structural proteins and the trafficking of synaptic proteins. As such, proteomics should be a valuable tool in dissecting the molecular events underlying normal and disease-related forms of plasticity. In fact, progress in this area has been disappointingly slow. We discuss the particular challenges associated with proteomic interrogation of synaptic plasticity processes and outline ways in which we believe proteomics may advance the field over the next few years. We pay particular attention to technical advances being made in small sample proteomics and the advent of proteomic imaging in studying brain plasticity.
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The nucleoside diphosphate (NDP) kinase, Nm23H1, is a highly expressed during neuronal development, whilst induced over-expression in neuronal cells results in increased neurite outgrowth. Extracellular Nm23H1 affects the survival, proliferation and differentiation of non-neuronal cells. Therefore, this study has examined whether extracellular Nm23H1 regulates nerve growth. We have immobilised recombinant Nm23H1 proteins to defined locations of culture plates, which were then seeded with explants of embryonic chick dorsal root ganglia (DRG) or dissociated adult rat DRG neurons. The substratum-bound extracellular Nm23H1 was stimulatory for neurite outgrowth from chick DRG explants in a concentration-dependent manner. On high concentrations of Nm23H1, chick DRG neurite outgrowth was extensive and effectively limited to the location of the Nm23H1, i.e. neuronal growth cones turned away from adjacent collagen-coated substrata. Nm23H1-coated substrata also significantly enhanced rat DRG neuronal cell adhesion and neurite outgrowth in comparison to collagen-coated substrata. These effects were independent of NGF supplementation. Recombinant Nm23H1 (H118F), which does not possess NDP kinase activity, exhibited the same activity as the wild-type protein. Hence, a novel neuro-stimulatory activity for extracellular Nm23H1 has been identified in vitro, which may function in developing neuronal systems. © 2010 Elsevier Inc.
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L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.
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L’obésité est un facteur de risque lié à des problèmes physiques, émotionnels et comportementaux. Aujourd’hui, l’alimentation est composée d’un régime typiquement occidental «Western diet» qui est riche en acides gras saturés (AGS) et pauvre en acides gras polyinsaturés (AGPI) tel que les oméga-3 (N-3) et occasionnant un déséquilibre du ratio alimentaire N-6/N-3. Ce déséquilibre est une des causes de la prévalence des maladies mentales y compris celles des troubles de l'humeur et de l’anxiété. L’acide docosahexaénoïque (ADH, 22: 6 n-3) est l’acide gras (AG) le plus abondant dans le cerveau et son accumulation est particulièrement élevée pendant la période périnatale. Il joue un rôle important dans le développement neuronal et d'autres fonctions du cerveau tel l'apprentissage et la mémoire. Des perturbations de l’environnement périnatal peuvent influencer à très long terme l’avenir de la descendance en la rendant plus susceptible de développer des problèmes d’obésité dans un contexte nutritionnel riche. On ignore cependant si le déficit alimentaire chez la mère et particulièrement en ADH aura un impact sur la motivation alimentaire de la progéniture. L’objectif principal de cette thèse est d’étudier le rôle potentiel des N-3 sur la balance énergétique, la motivation alimentaire, la dépression et le niveau d’anxiété des descendants de souris mâles adultes assujetties à une alimentation riche en gras. Nos données ont démontré qu‘un régime maternel déficitaire en ADH durant la période périnatale incitait la descendance à fournir plus d’effort afin d’obtenir un aliment palatable. Ceci entraînerait un dérèglement de l’homéostasie énergétique en augmentant le gain de poids et en diminuant l’activité locomotrice tout en exacerbant le comportement de type anxieux dès que les souris sont exposées à un milieu obésogène. Les acides gras libres (AGL) sont des nutriments essentiels fonctionnant comme des molécules de signalisation dans le cerveau en ayant des récepteurs qui jouent un rôle important dans le contrôle du métabolisme énergétique. Parmi eux, on distingue un récepteur couplé à la protéine G (GPCR), le GPR120. Ce récepteur activé par les AGPI ω-3 intervient dans les mécanismes anti-inflammatoires et insulino-résistants via les N-3. Une mutation dans le gène GPR120 occasionnée par une réduction de l’activité de signalisation du gène est liée à l’obésité humaine. L'objectif premier de cette deuxième étude était d’évaluer l'impact de la stimulation pharmacologique de GPR120 dans le système nerveux central (SNC) sur l'alimentation, les dépenses d'énergie, le comportement de type anxieux et la récompense alimentaire. Nos résultats démontrent qu’une injection centrale aiguë d'agoniste GPR120 III réduit la prise alimentaire ad libitum et la motivation alimentaire pour un aliment riche en gras et en sucre; ainsi que les comportements de type anxieux. L’injection centrale chronique (21 jours) de ce même agoniste GPR120 III transmis par une pompe osmotique a démontré que les souris placées sous diète hypercalorique (HFD n’ont présenté aucune modification lors de la prise alimentaire ni de gain de poids mais qu’il y avait comparativement au groupe de véhicule, une réduction du comportement de type anxieux, que ce soit dans le labyrinthe en croix surélevé (LCS) ou dans le test à champ ouvert (OFT). L’ADH est reconnu pour ses propriétés anorexigènes au niveau central. De plus, la stimulation des récepteurs de GPR120 au niveau du cerveau avec un agoniste synthétique peut produire un effet intense intervenir sur le comportement lié à l'alimentation des rongeurs. Trouver une approche visant à contrôler à la fois la neuroinflammation, la récompense alimentaire et les troubles émotionnels aiderait assurément au traitement de l'obésité et du diabète de type 2.
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Tese de doutoramento, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015
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El estudio del tráfico intracelular en neuronas ha despertado gran interés en los últimos años, debido a que un gran número de enfermedades neurodegenerativas y neuropsiquiátricas parecen tener origen en en el transporte defectuoso de proteínas en estos tipos celulares. Mediante el uso de técnicas de biología celular y molecular, fuimos capaces de describir una de las vías que regula la fisión de las vesículas que llevan su cargo desde la última cisterna del Aparato de Golgi hacia la superficie celular en células epiteliales no polarizadas. Uno de los componentes clave de esa vía resultó ser la Proteina Kinasa D1 (PKD1), cuya actividad en el Aparato de Golgi es esencial para un normal transporte intracelular. Sorprendentemente, observamos que la PKD1 en neuronas con polaridad establecida no regula la fisión en el Golgi, pero si estaría involucrada en la selectividad y distribución (sorting) de vesículas cuyo cargo debe ser específicamente dirigido a las membranas dendríticas. El bloqueo de la actividad de la PKD1 no solamente cambia el destino final de estos cargos, que son enviados de esta forma a la membrana terminal del axón, sino que también es capaz de inducir defectos en el desarrollo y crecimiento de los procesos dendríticos a largo plazo. En este proyecto estudiaremos de que manera influye la perturbación del sorting, en ausencia de PKD1 activa y de otros componentes que la regulan, en la distribución de receptores de factores neurotróficos y de neurotransmisores glutamatérgicos, y cómo estos cambios en su distribución afectan el número, tamaño, y funcionalidad de los procesos neuronales (axones y dendritas). Estos resultados contribuirán a adquirir mayores conocimientos de los mecanismos dependientes del transporte y sorting de proteínas de membrana que participan en la regulación del crecimiento neuronal, los cuales a su vez aportarán información valiosa en la comprensión de un gran número de enfermedades neurológicas. The study of intracellular trafficking in neurons has arisen a great deal of interest in the last years, since a great number of neurodegenerative and neuropsychiatric disorders seem to be originated in abnormal protein transport in these type of cells. Using cell and molecular biology methodologies, we have been capable of describe one of the pathways that regulate the fission of vesicles that carry their cargo from the last Golgi Apparatus cisternae to the cell surface in non-polarized epithelial cells. One of the key components in this pathway is the Protein Kinase D1 (PKD1), whose activity in the Golgi Apparatus is essential for a normal intracelular transport. Surprisingly, we have observed that PKD1 does not regulate fission in neurons with established polarity, but it would be involved in vesicles' sorting at Golgi, particularly of those that carry specific dendritic cargo. Blocking PKD1 activity changes the final destination of these cargoes, which is now sent to the axons' terminal membranes, and also produces late dendritic development and growing defects. In this project we will study how sorting perturbation in absence of PKD1 and its regulators activities influences selectivity and distribution of neurotrophic and neurotransmitter receptors, and how these sorting changes affect number, size and functionality of neuronal processes (axons and dendrites). These results will help to acquire greater knowledge about transport and sorting mechanisms of neuronal growth regulatory membrane proteins. In addition, these studies will contribute with new valuable information necessary to understand numerous neurological diseases.
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Magdeburg, Univ., Med. Fak., Diss., 2015
Differential phosphorylation of some proteins of the neuronal cytoskeleton during brain development.
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The cytoskeleton is important for neuronal morphogenesis. During the postnatal development of cat brain, the molecular composition of the neuronal cytoskeleton changes with maturation. Several of its proteins change in their rate of expression, in their degree of phosphorylation, in their subcellular distribution, or in their biochemical properties. It is proposed that phosphorylation is an essential mechanism to regulate the plasticity of the early, juvenile-type cytoskeleton. Among such proteins are several microtubule-associated proteins (MAPs), such as MAP5a, MAP2c or the juvenile tau proteins. Phosphorylation may also act on neurofilaments, postulated to be involved in the adult-type stabilization of axons. These observations imply that phosphorylation may affect cytoskeleton function in axons and dendrites at various developmental stages. Yet, the mechanisms of phosphorylation and its regulation cascades are largely unknown. In view of the topic of this issue on CD15, the potential role of matrix molecules being involved in the modulation of phosphorylation activity and of cytoskeletal properties is addressed.
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Serum-free aggregating cell cultures of fetal rat telencephalon were examined by biochemical and immunocytochemical methods for their development-dependent expression of several cytoskeletal proteins, including the heavy- and medium-sized neurofilament subunits (H-NF and M-NF, respectively); brain spectrin; synapsin I; beta-tubulin; and the microtubule-associated proteins (MAPs) 1, 2, and 5 and tau protein. It was found that with time in culture the levels of most of these cytoskeletal proteins increased greatly, with the exceptions of the particular beta-tubulin form studied, which remained unchanged, and MAP 5, which greatly decreased. Among the neurofilament proteins, expression of M-NF preceded that of H-NF, with the latter being detectable only after approximately 3 weeks in culture. Furthermore, MAP 2 and tau protein showed a development-dependent change in expression from the juvenile toward the adult form. The comparison of these developmental changes in cytoskeletal protein levels with those observed in rat brain tissue revealed that protein expression in aggregate cultures is nearly identical to that in vivo during maturation of the neuronal cytoskeleton. Aggregate cultures deprived of glial cells, i.e., neuron-enriched cultures prepared by treating early cultures with the antimitotic drug cytosine arabinoside, exhibited pronounced deficits in M-NF, H-NF, MAP 2, MAP 1, synapsin I, and brain spectrin, with increased levels of a 145-kDa brain spectrin breakdown product. These adverse effects of glial cell deprivation could be reversed by the maintenance of neuron-enriched cultures at elevated concentrations of KCl (30 mM). This chronic treatment had to be started at an early developmental stage to be effective, a finding suggesting that sustained depolarization by KCl is able to enhance the developmental expression and maturation of the neuronal cytoskeleton.
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The review is focused on developmental aspects of the neuronal cytoskeleton, its molecular composition and the intracellular distribution of its elements. It includes a survey of the molecular properties of several cytoskeletal proteins such as tubulins, microtubule-associated proteins, neurofilament subunits, actins and brain spectrins. Furthermore it is addressed how microtubules, neurofilaments, microfilaments and the spectrin-based membrane cytoskeleton are involved in the generation of the neuronal cytoarchitecture, and how changes in the molecular composition of the cytoskeleton during the differentiation process of a neuron may correlate with cell function.
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The concentrations of the general neuronal markers D2-protein (N-CAM), D3-protein and neuron specific enolase (NSE) in reaggregating cultures of fetal rat telencephalon cells were affected by the presence of 30 nM triiodothyronine in the defined culture medium. The extent of normal developmental changes were enhanced by triiodothyronine, as demonstrated by crossed immunoelectrophoresis. From 13 to 19 days in culture, the concentration of D2-protein decreased, and the concentrations of both D3-protein and NSE increased. Nerve growth factor (NGF) was without effect on the development of these general neuronal markers. However, as shown previously both triiodothyronine and NGF increased the activity of choline acetyltransferase, a marker for cholinergic neurons. The results suggest an enhanced overall differentiation of several types of telencephalon neurons in the presence of triiodothyronine, and a specific stimulation of cholinergic telencephalon neurons by NGF.