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.

The potential role of environmental exposures and genomic signaling in development of central nervous system tumors

The etiology of central nervous system tumors (CNSTs) is mainly unknown. Aside from extremely rare genetic conditions, such as neurofibromatosis and tuberous sclerosis, the only unequivocally identified risk factor is exposure to ionizing radiation, and this explains only a very small fraction of cases. Using meta-analysis, gene networking and bioinformatics methods, this dissertation explored the hypothesis that environmental exposures produce genetic and epigenetic alterations that may be involved in the etiology of CNSTs. A meta-analysis of epidemiological studies of pesticides and pediatric brain tumors revealed a significantly increased risk of brain tumors among children whose mothers had farm-related exposures during pregnancy. A dose response was recognized when this risk estimate was compared to those for risk of brain tumors from maternal exposure to non-agricultural pesticides during pregnancy, and risk of brain tumors among children exposed to agricultural activities. Through meta-analysis of several microarray studies which compared normal tissue to astrocytomas, we were able to identify a list of 554 genes which were differentially expressed in the majority of astrocytomas. Many of these genes have in fact been implicated in development of astrocytoma, including EGFR, HIF-1α, c-Myc, WNT5A, and IDH3A. Reverse engineering of these 554 genes using Bayesian network analysis produced a gene network for each grade of astrocytoma (Grade I-IV), and ‘key genes’ within each grade were identified. Genes found to be most influential to development of the highest grade of astrocytoma, Glioblastoma multiforme (GBM) were: COL4A1, EGFR, BTF3, MPP2, RAB31, CDK4, CD99, ANXA2, TOP2A, and SERBP1. Lastly, bioinformatics analysis of environmental databases and curated published results on GBM was able to identify numerous potential pathways and geneenvironment interactions that may play key roles in astrocytoma development. Findings from this research have strong potential to advance our understanding of the etiology and susceptibility to CNSTs. Validation of our ‘key genes’ and pathways could potentially lead to useful tools for early detection and novel therapeutic options for these tumors.

Gene-environment interactions in Autism Spectrum Disorders (ASD)

Spectrum Disorder (ASD), is a heterogeneous neurodevelopmental disorder with na estimated global prevalence rate of 17:10000, and a male to female ratio of 4:1. Patients with ASD presente language and communication difficulties and stereotyped behaviours. Comorbidity with other disorders, such as Intelectual Disability, Fragile-X syndrome (FXS) epilepsy and tuberous sclerosis frequently occurs. ASD presents amultifactorial etiopathology, and genetic factos alone are not suficiente to explain how the syndrome arises, with recente studies establishing ASD heritability at approximately 50%. Pre-, peri- and post-natal exposure to toxic environmental factos has been implicated in the development of ASD. Involvement of epigenetic regulatory mechanisms has been suggested, supported by the occurrence of autistic symptoms in patients with disorders aris ing from epigenetic mutations, such as FXS. A polygenic and epistatic model is a strong hypothesis to explain ASD. The main goal of this project is to identify specific exposure patterns to environmental toxicants in children diagnosed with ASD and integrate the results with genetic and epigenetic data.

Caso dermatológico

O nevo do tecido conjuntivo (NTC) é um hamartoma que pode estar associada a várias síndromes, como esclerose tube- rosa, síndrome de Buschke-Ollendorf ou síndrome de Proteus. Casos familiares de NTC têm sido relacionados com maior risco de patologia cardíaca. A apresentação clínica típica caracteriza-se pelo aparecimento de múltiplas placas cor de pele ou amareladas, confluentes no tronco e/ou nos membros, assintomáticas. São geralmente identificados na infância, sem predileção de género. O diagnóstico é confirmado por biopsia cutânea. Estudos adicionais podem ser necessários, de acordo com a presença de sinais ou sintomas sugestivos de uma doença subjacente.

Intervenção precoce na Estímulopraxis, Centro de Desenvolvimento Infantil

O presente relatório descreve as atividades desenvolvidas durante o estágio realizado na Estímulopraxis – Centro de Desenvolvimento Infantil no âmbito do mestrado em Reabilitação Psicomotora, da Faculdade de Motricidade Humana. Este estágio envolveu sessões de observação participada e de intervenção psicomotora com crianças dos zero aos 13 anos, na área da intervenção precoce e do desenvolvimento infantil. O relatório descreve dois estudos de caso, enquanto exemplos do trabalho desenvolvido, e apresenta o enquadramento teórico, legal e institucional atualizado, bem como uma reflexão crítica sobre esta experiência. Um dos estudos de caso é referente à problemática Paralisia Cerebral e o outro à Esclerose Tuberosa. Para cada estudo de caso, é descrito o processo de avaliação, os objetivos de intervenção, a intervenção e os resultados. Após a intervenção, constataram-se melhorias e, por isso, a terapia psicomotora tem um contributo na área da intervenção precoce e do desenvolvimento infantil.

Rotinas de vida diária de crianças portadoras de deficiência : estudos de caso

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação do Instituto Politécnico de Castelo Branco para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Atividade Física, especialização em Desporto Adaptado.

The impact of pain on the quality of life of people with multiple sclerosis: A community survey

The purpose of this study was to examine the impact of pain on functioning across multiple quality of life (QOL) domains among individuals with multiple sclerosis (MS). A total of 219 people were recruited from a regional MS society membership database to serve as the community-based study sample. All participants completed a questionnaire containing items about their demographic and clinical characteristics, validated measures of QOL and MS-related disability, and a question on whether or not they had experienced clinically significant pain in the preceding 2 weeks. Respondents who reported pain then completed an in-person structured pain interview assessing pain characteristics (intensity, quality, location, extent, and duration). Comparisons between participants with and without MS-related pain demonstrated that pain prevalence and intensity were strongly correlated with QOL: physical health, psychological health, level of independence, and global QOL were more likely to be impaired among people with MS when pain was present, and the extent of impairment was associated with the intensity of pain. Moreover, these relationships remained significant even after statistically controlling for multiple demographic and clinical covariates associated with self-reported QOL. These findings suggest that for people with MS, pain is an important source of distress and disability beyond that caused by neurologic impairments.

Development of the benefit finding in multiple sclerosis (MS) caregiving scale: A longitudinal study of relations between benefit finding and adjustment

Benefit finding is a meaning making construct that has been shown to be related to adjustment in people with MS and their carers. This study investigated the dimensions, stability and potency of benefit finding in predicting adjustment over a 12 month interval using a newly developed Benefit Finding in Multiple Sclerosis Scale (BFiMSS). Usable data from 388 persons with MS and 232 carers was obtained from questionnaires completed at Time 1 and 12 months later (Time 2). Factor analysis of the BFiMSS revealed seven psychometrically sound factors: Compassion/Empathy, Spiritual Growth, Mindfulness, Family Relations Growth, Life Style Gains, Personal Growth, New Opportunities. BFiMSS total and factors showed satisfactory internal and retest reliability coefficients, and convergent, criterion and external validity. Results of regression analyses indicated that the Time 1 BFiMSS factors accounted for significant amounts of variance in each of the Time 2 adjustment outcomes (positive states of mind, positive affect, anxiety, depression) after controlling for Time 1 adjustment, and relevant demographic and illness variables. Findings delineate the dimensional structure of benefit finding in MS, the differential links between benefit finding dimensions and adjustment and the temporal unfolding of benefit finding in chronic illness.

Prediction of psychological adjustment to multiple sclerosis

This study examined the utility of self-efficacy as a predictor of social activity and mood control in multiple sclerosis (MS). Seventy-one subjects with MS were recruited from people attending an MS centre or from a mailing list and were examined on two occasions that were two months apart. Clinic patients were more disabled than patients who completed assessments by post, but they were of higher socioeconomic status and were less dysphoric. We attempted to predict self-reported performance of mood control and social activity at two months, from self-efficacy or performance on these tasks at pretest. Demographic variables, disorder status, disability, self-esteem and depression were also allowed to compete for entry into multiple regressions. Substantial stability in mood, performance and disability was observed over the two months. In both mood control and social activity, past performance was the strongest predictor of later performance, but self-efficacy also contributed significantly to the prediction. The disability level entered a prediction of socila activity, but no other variables predicted either type of performance. A secondary analysis predicting self-esteem at two months also included self-efficacy for social activity, illustrating the contribution of perceived capability to later assessments of self-worth. The study provided support for self-efficacy as a predictor of later behavioural outcomes and self-esteem in multiple sclerosis.