The adult mouse hippocampal progenitor is neurogenic but not a stem cell

The aim of this investigation was to characterize the proliferative precursor cells in the adult mouse hippocampal region. Given that a very large number of new hippocampal cells are generated over the lifetime of an animal, it is predicted that a neural stem cell is ultimately responsible for maintaining this genesis. Although it is generally accepted that a proliferative precursor resides within the hippocampus, contradictory reports exist regarding the classification of this cell. Is it a true stem cell or a more limited progenitor? Using a strict functional definition of a neural stem cell and a number of in vitro assays, we report that the resident hippocampal precursor is a progenitor capable of proliferation and multipotential differentiation but is unable to self-renew and thus proliferate indefinitely. Furthermore, the mitogen FGF-2 stimulates proliferation of these cells to a greater extent than epidermal growth factor ( EGF). In addition, we found that BDNF was essential for the production of neurons from the hippocampal progenitor cells, being required during proliferation to trigger neuronal fate. In contrast, a bona fide neural stem cell was identified in the lateral wall of the lateral ventricle surrounding the hippocampus. Interestingly, EGF proved to be the stronger mitogenic factor for this cell, which was clearly a different precursor from the resident hippocampal progenitor. These results suggest that the stem cell ultimately responsible for adult hippocampal neurogenesis resides outside the hippocampus, producing progenitor cells that migrate into the neurogenic zones and proliferate to produce new neurons and glia.

The transcriptional coactivator Querkopf controls adult neurogenesis

The adult mammalian brain maintains populations of neural stem cells within discrete proliferative zones. Understanding of the molecular mechanisms regulating adult neural stem cell function is limited. Here, we show that MYST family histone acetyltransferase Querkopf (Qkf, Myst4, Morf)-deficient mice have cumulative defects in adult neurogenesis in vivo, resulting in declining numbers of olfactory bulb interneurons, a population of neurons produced in large numbers during adulthood. Qkf-deficient mice have fewer neural stem cells and fewer migrating neuroblasts in the rostral migratory stream. Qkf gene expression is strong in the neurogenic subventricular zone. A population enriched in multipotent cells can be isolated from this region on the basis of Qkf gene expression. Neural stem cells/progenitor cells isolated from Qkf mutant mice exhibited a reduced self-renewal capacity and a reduced ability to produce differentiated neurons. Together, our data show that Qkf is essential for normal adult neurogenesis.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Synthetic Polymer and Microbubble Systems for Gene Delivery to the Brain

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

NFL-lipid nanocapsules for brain neural stem cell targeting in vitro and in vivo

International audience

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Characterization of the behavioural phenotype of calpain-knockout mice

Dissertação de Mestrado, Ciências Biomédicas, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2016

Human congenital cytomegalovirus infection: characteristics and pathogenesis of fetal brain damage

Human cytomegalovirus (HCMV) causes congenital neurological lifelong disabilities. The study analyzed 10 HCMV-infected human fetuses at 21 weeks of gestation to evaluate the characteristics and pathogenesis of brain injury related to congenital human CMV (cCMV) infection. Specifically, tissues from cortical and white matter areas, subventricular zone, thalamus, hypothalamus, hippocampus, basal ganglia and cerebellum were analysed by: i) immunohistochemistry (IHC) to detect HCMV-infected cell distribution, ii) hematoxylin-eosin staining to evaluate histological damage and iii) real-time PCR to quantify tissue viral load (HCMV-DNA). Viral tropism was assessed by double IHC to detect HCMV-antigens and neural/neuronal markers: nestin (expressed in early differentiation stage), doublecortin (DCX, identifying neuronal precursor cells) and neuronal nuclei (NeuN, identifying mature neurons). HCMV-positive cells and viral DNA were found in the brain of 8/10 (80%) fetuses. For these cases, brain damage was classified in mild (n=4, 50%), moderate (n=3, 37.5%) and severe (n=1, 12.5%) based on presence of i) diffuse astrocytosis, microglial activation and vascular changes; ii) occasional (in mild) or multiple (in moderate/severe) microglial nodules and iii) necrosis (in severe). The highest median HCMV-DNA level was found in the hippocampus (212 copies/5ng of humanDNA [hDNA], range: 10-7,505) as well as the highest mean HCMV-infected cell value (2.9 cells, range: 0-23), followed by that detected in subventricular zone (1.8 cells, range: 0-19). This suggests a preferential HCMV tropism for immature neuronal cells, residing in these regions, confirmed by the detection of DCX and nestin in 94% and 63.3% of HCMV-positive cells, respectively. NeuN was not found among HCMV-positive cells and was nearly absent in the brain with severe damage, suggesting HCMV does not infect mature neurons and immature HCMV-infected neuronal cells do not differentiate into neurons. HCMV preferential tropism in immature neural/neuronal cells delays/inhibits their differentiation interfering with brain development processes that lead to structural and functional brain defects.

Altered transcriptional and epigenetic regulation affects brain cells proliferation and differentiation in the ultra-rare genetic demyelinating disease AGC1 deficiency: a study on in vitro models

AGC1 deficiency is a rare demyelinating disease caused by mutations in the SLC25A12 gene, which encodes for the mitochondrial glutamate-aspartate carrier 1 (AGC1/Alarar), highly expressed in the central nervous system. In neurons, impairment in AGC1 activity leads to reduction in N-acetyl-aspartate, the main lipid precursor for myelin synthesis (Profilo et al., 2017); in oligodendrocytes progenitors cells, AGC1 down regulation has been related to early arrest proliferation and premature differentiation (Petralla et al., 2019). Additionally, in vivo AGC1 deficiency models i.e., heterozygous mice for AGC1 knock-out and neurospheres from their subventricular zone, respectively, showed a global decrease in cells proliferation and a switch in neural stem cells (NSCs) commitment, with specific reduction in OPCs number and increase in neural and astrocytic pools (Petralla et al., 2019). Therefore, the present study aims to investigate the transcriptional and epigenetic regulation underlying the alterations observed in OPCs and NSCs biological mechanisms, in either AGC1 deficiency models of Oli-neu cells (murine immortalized oligodendrocytes precursors cells), partially silenced by a shRNA for SLC25A12 gene, and SVZ-derived neurospheres from AGC1+/- mice. Western blot and immunofluorescence analysis revealed significant variations in the expression of transcription factors involved in brain cells’ proliferation and differentiation, in association with altered histone post-translational modifications, as well as histone acetylases (HATs) and deacetylases (HDACs) activity/expression, suggesting an improper transcriptional and epigenetic regulation affecting both AGC1 deficiency in vitro models. Furthermore, given the large role of acetylation in controlling in specific time-windows OPC maturation (Hernandez and Casaccia; 2015), pharmacological HATs/HDACs inhibitions were performed, confirming the involvement of chromatin remodelling enzymes in the altered proliferation and early differentiation observed in the AGC1 deficiency models of siAGC1 Oli-neu cells and AGC1+/- mice-derived neurospheres.

Doehlert Design-desirability Function Multi-criteria Optimal Separation Of 17 Phenolic Compounds From Extra-virgin Olive Oil By Capillary Zone Electrophoresis.

In Brazil, the consumption of extra-virgin olive oil (EVOO) is increasing annually, but there are no experimental studies concerning the phenolic compound contents of commercial EVOO. The aim of this work was to optimise the separation of 17 phenolic compounds already detected in EVOO. A Doehlert matrix experimental design was used, evaluating the effects of pH and electrolyte concentration. Resolution, runtime and migration time relative standard deviation values were evaluated. Derringer's desirability function was used to simultaneously optimise all 37 responses. The 17 peaks were separated in 19min using a fused-silica capillary (50μm internal diameter, 72cm of effective length) with an extended light path and 101.3mmolL(-1) of boric acid electrolyte (pH 9.15, 30kV). The method was validated and applied to 15 EVOO samples found in Brazilian supermarkets.

Trichomes Related To An Unusual Method Of Water Retention And Protection Of The Stem Apex In An Arid Zone Perennial Species.

It is well known that trichomes protect plant organs, and several studies have investigated their role in the adaptation of plants to harsh environments. Recent studies have shown that the production of hydrophilic substances by glandular trichomes and the deposition of this secretion on young organs may facilitate water retention, thus preventing desiccation and favouring organ growth until the plant develops other protective mechanisms. Lychnophora diamantinana is a species endemic to the Brazilian 'campos rupestres' (rocky fields), a region characterized by intense solar radiation and water deficits. This study sought to investigate trichomes and the origin of the substances observed on the stem apices of L. diamantinana. Samples of stem apices, young and expanded leaves were studied using standard techniques, including light microscopy and scanning and transmission electron microscopy. Histochemical tests were used to identify the major groups of metabolites present in the trichomes and the hyaline material deposited on the apices. Non-glandular trichomes and glandular trichomes were observed. The material deposited on the stem apices was hyaline, highly hydrophilic and viscous. This hyaline material primarily consists of carbohydrates that result from the partial degradation of the cell wall of uniseriate trichomes. This degradation occurs at the same time that glandular trichomes secrete terpenoids, phenolic compounds and proteins. These results suggest that the non-glandular trichomes on the leaves of L. diamantinana help protect the young organ, particularly against desiccation, by deposition of highly hydrated substances on the apices. Furthermore, the secretion of glandular trichomes probably repels herbivore and pathogen attacks.

Development and validation of a simple and rapid capillary zone electrophoresis method for determination of nnrti nevirapine in pharmaceutical formulations

A simple and fast capillary zone electrophoresis (CZE) method has been developed and validated for quantification of a non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor (NNRTI) nevirapine, in pharmaceuticals. The analysis was optimized using 10 mmol L-1 sodium phosphate buffer pH 2.5, +25 kV applied voltage, hydrodynamic injection 0.5 psi for 5 s and direct UV detection at 200 µm. Diazepam (50.0 µg mL-1) was used as internal standard. Under these conditions, nevirapine was analyzed in approximately less than 2.5 min. The analytical curve presented a coefficient of correlation of 0.9994. Limits of detection and quantification were 1.4 µg mL-1 and 4.3 µg mL-1, respectively. Intra- and inter-day precision expressed as relative standard deviations were 1.4% and 1.3%, respectively and the mean recovery was 100.81%. The active pharmaceutical ingredient was subjected to hydrolysis (acid, basic and neutral) and oxidative stress conditions. No interference of degradation products and tablet excipients were observed. This method showed to be rapid, simple, precise, accurate and economical for determination of nevirapine in pharmaceuticals and it is suitable for routine quality control analysis since CE offers benefits in terms of quicker method development and significantly reduced operating costs.

Ecological aspects of the surf-zone ichthyofauna of Itamambuca Beach, Ubatuba, SP

Sandy beaches are among the most extensive environments in Brazil and are generally threatened by disorderly urban growth due to their location along the coast, where human populations tend to concentrate. This is especially true in southeastern Brazil, where the largest urban areas are located. Thus, better knowledge regarding these natural resources is of considerable importance. The surf zone of sandy beaches is inhabited by a number of fish species, including juveniles seeking both food and shelter from predators. An ecological survey was conducted in the surf zone of Itamambuca beach in the city of Ubatuba, São Paulo State, Brazil, in order to evaluate the composition, structure and dynamics of the fish fauna using community descriptors. Diurnal and nocturnal samples were taken with a beach seine at five oceanographic stations over a 12-month period. Water temperature and salinity were also recorded. A total of 2,147 individuals representing 34 species and 18 families were sampled. The main variation in fish fauna was detected on the diel level, followed by a spatial repartition possibly related to salinity. Seasonal variation was also observed. The five most important species in the overall context were Atherinella brasiliensis, Eucinostomus melanopterus, Mugil sp., Trachinotus goodei and Atherinella blackburni.

Detection of high-velocity material from the wind-wind collision zone of Eta Carinae across the 2009.0 periastron passage

We report near-infrared spectroscopic observations of the Eta Carinae massive binary system during 2008-2009 using the CRIRES spectrograph mounted on the 8m UT 1 Very Large Telescope (VLT Antu). We detect a strong, broad absorption wing in He I lambda 10833 extending up to -1900 km s(-1) across the 2009.0 spectroscopic event. Analysis of archival Hubble Space Telescope/Space Telescope Imaging Spectrograph ultraviolet and optical data identifies a similar high-velocity absorption (up to -2100 km s(-1)) in the ultraviolet resonance lines of Si IV lambda lambda 1394, 1403 across the 2003.5 event. Ultraviolet resonance lines from low-ionization species, such as Si II lambda lambda 1527, 1533 and CII lambda lambda 1334, 1335, show absorption only up to -1200 km s(-1), indicating that the absorption with velocities -1200 to -2100 km s(-1) originates in a region markedly more rapidly moving and more ionized than the nominal wind of the primary star. Seeing-limited observations obtained at the 1.6m OPD/LNA telescope during the last four spectroscopic cycles of Eta Carinae (1989-2009) also show high-velocity absorption in He I lambda 10833 during periastron. Based on the large OPD/LNA dataset, we determine that material with velocities more negative than -900 km s(-1) is present in the phase range 0.976 <= phi <= 1.023 of the spectroscopic cycle, but absent in spectra taken at phi <= 0.947 and phi >= 1.049. Therefore, we constrain the duration of the high-velocity absorption to be 95 to 206 days (or 0.047 to 0.102 in phase). We propose that the high-velocity absorption component originates in shocked gas in the wind-wind collision zone, at distances of 15 to 45 AU in the line-of-sight to the primary star. With the aid of three-dimensional hydrodynamical simulations of the wind-wind collision zone, we find that the dense high-velocity gas is along the line-of-sight to the primary star only if the binary system is oriented in the sky such that the companion is behind the primary star during periastron, corresponding to a longitude of periastron of omega similar to 240 degrees-270 degrees. We study a possible tilt of the orbital plane relative to the Homunculus equatorial plane and conclude that our data are broadly consistent with orbital inclinations in the range i = 40 degrees-60 degrees.