Forebrain ependymal cells are Notch-dependent and generate neuroblasts and astrocytes after stroke

Neurons are continuously generated from stem cells in discrete regions in the adult mammalian brain. We found that ependymal cells lining the lateral ventricles were quiescent and did not contribute to adult neurogenesis under normal conditions in mice but instead gave rise to neuroblasts and astrocytes in response to stroke. Ependymal cell quiescence was actively maintained by canonical Notch signaling. Inhibition of this pathway in uninjured animals allowed ependymal cells to enter the cell cycle and produce olfactory bulb neurons, whereas forced Notch signaling was sufficient to block the ependymal cell response to stroke. Ependymal cells were depleted by stroke and failed to self-renew sufficiently to maintain their own population. Thus, although ependymal cells act as primary cells in the neural lineage to produce neurons and glial cells after stroke, they do not fulfill defining criteria for stem cells under these conditions and instead serve as a reservoir that is recruited by injury.

Effects of intracerebroventricular bombesin administration on local cerebral glucose utilization in the restrained and unrestrained rat

Intracerebroventricular (ICV) administration of bombesin (BN) induces a syndrome characterized by stereotypic locomotion and grooming, hyperactivity and sleep elimination, hyperglycemia and hypothermia, hyperhemodynamics, feeding inhibition, and gastrointestinal function changes. Mammalian BN-like peptides (MBNs), e.g. gastrin-releasing peptide (GRP), Neuromedin C (NMC), and Neuromedin B (NMB), have been detected in the central nervous system. Radio-labeled BN binds to specific sites in discrete cerebral regions. Two specific BN receptor subtypes (GRP receptor and NMB receptor) have been identified in numerous brain regions. The quantitative 2-[14C]deoxyglucose ([14C]20G) autoradiographic method was used to map local cerebral glucose utilization (LCGU) in the rat brain following ICV injection of BN (vehicle, BN O.1Jlg, O.5Jlg). At each dose, experiments were conducted in freely moving or restrained conditions to determine whether alterations in cerebral function were the result of BN central administration, or were the result of BN-induced motor stereotypy. The anteroventral thalamic nucleus (AV) (p=O.029), especially its ventrolateral portion (AVVL) (polfactory bulb (IGr) (p=O.028), and the suprachiasmatic nucleus (SCh) (p=O.003) exhibited BN treatment effects. BN effects on LCGU were also observed in the median eminence (ME) (p=O.011). Restraint, however, decreased LCGU in the lateral dorsal thalamic nucleus, ventrolateral and dorsomedial parts (LOVL and LOOM) (p=O.044, p=O.009), and the lateral geniculate (LG) (p=O.027). In sum, BN induced a marked and highly localized alteration in cerebral metabolism within parts of the anterior thalamus, which is the principle relay in the limbic circuitry. BN effects were also observed in IGr, Mi, SCh, and ME. Effects of restraint were found in LOVL, LOOM, and LG. It is suggested that increased LCGU in AV and AVVL may be the result of functional change in the limbic circuitry and the hypothalamus caused by BN receptor functional modification. In IGr, increased LCGU following BN administration is considered to be mainly the result the activation of NMB receptor, a subtype of BN receptors. In SCh, increased LCGU is believed to be caused both by BN effects on the thalamic, the hypothalamic, and the limbic functions and by activation of GRP receptor, another BN receptors subtype found in SCh. In ME, increased LCGU is suggested to be caused by BN effects on the hypothalamic functions, especially those related to the neuroendocrine functions. None of the alterations seen in these regions reflects the emission of stereotyped motor behaviors. Rather, they reflect a direct influence of BN central administration upon functioning of the cerebral regions influenced by BN administration. The restraint effects seen in LO, including LOOM and LOVL, are suggested to be the result of altered behavioral expression. The restraint effects seen in LG is suggested to be the result of reduced locomotion.

Transmission des voies olfactives aux cellules réticulospinales de la lamproie

Les informations olfactives sont connues pour leur capacité à induire des comportements moteurs spécifiques. En dépit de nombreuses observations comportementales chez les vertébrés, on ne connaît toujours pas les mécanismes et les voies nerveuses qui sous-tendent ces phénomènes de transformation olfacto-locomotrices. Chez la lamproie, des travaux récents ont permis de décrire cette voie, et les mécanismes responsables de la transformation des entrées olfactives en activité locomotrice (Derjean et al., 2010). Cette voie prend origine dans la partie médiane du bulbe olfactif, et envoie des projections vers le tubercule postérieur, une région qui se trouve dans le diencéphale. De là, les neurones projettent directement vers la Région Locomotrice Mésencéphalique, connue pour envoyer des connexions vers les neurones réticulospinaux, et activer la locomotion. L’objectif de cette étude était d’établir si l’ensemble des neurones réticulospinaux répond aux stimulations olfactives. Pour ce faire, nous avons utilisé sur une préparation de cerveau isolé de lamproie des techniques d’électrophysiologie et d’imagerie calcique. La stimulation électrique des nerfs olfactifs, de la région médiane du bulbe olfactif ou du tubercule postérieur a provoqué une activation de toutes les cellules réticulospinales qui se retrouvent dans les quatre noyaux réticulaires (ARRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Antérieur; MRN : Noyau Réticulaire Mésencéphalique; MRRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Moyen; PRRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Postérieur). Seule la partie médiane du bulbe olfactif est impliquée dans le passage de l’information olfactive vers les neurones réticulospinaux. Nous avons aussi découvert que le blocage des récepteurs GABAergiques dans la partie médiane du bulbe olfactif augmentait les réponses olfactives de façon considérable dans les cellules réticulospinales. Nous avons montré ainsi qu’il existe un tonus inhibiteur impliqué dans la dépression modulatrice de la voie olfacto-locomotrice. Ce travail a permis de montrer que la stimulation des afférences sensorielles olfactives active simultanément l’ensemble des populations de neurones réticulospinaux qui commandent la locomotion. De plus, il existerait un tonus inhibiteur GABAergique, au niveau de la partie médiane du bulbe olfactif, responsable d’une dépression modulatrice dans la voie olfacto-locomotrice.

Rôle du système du trijumeau dans la locomotion chez le nouveau-né d’opossum (Monodelphis domestica)

L’opossum Monodelphis domestica naît très immature et grimpe sans aide de la mère, du sinus urogénital à une mamelle où il va s’attacher pour poursuivre son développement. Des informations sensorielles sont nécessaires pour guider le nouveau-né vers la mamelle et les candidats les plus probables sont le toucher, l’équilibre et l’olfaction. Pour tester l’action des différents systèmes sur la motricité chez l’opossum nouveau-né, des régions céphaliques du trijumeau, du vestibulaire et de l’olfaction ont été stimulées électriquement sur des préparations in vitro en comparaison avec une stimulation seuil T (intensité minimale de la stimulation à la moelle épinière cervicale induisant le mouvement des membres antérieurs). Par comparaison, un mouvement similaire était induit par des stimulations à ~2T du ganglion du trijumeau, à ~20 T du complexe vestibulaire, et à ~600 T des bulbes olfactifs. L’étude de l'innervation de la peau faciale et des voies relayant les informations du trijumeau vers la moelle épinière (ME) a été approfondie en utilisant de l’immunohistochimie pour les neurofilament-200 et du traçage rétrograde avec du Texas-Red couplé à des Dextrans Aminés. De nombreuses fibres nerveuses ont été révélées dans le derme de plusieurs régions de la tête. Quelques cellules du ganglion trigéminal projettent à la ME rostrale, mais la majorité projette vers la médulla caudale où se trouvent les neurones secondaires du trijumeau ou des cellules réticulospinales. Les résultats de cette étude indiquent une influence significative des systèmes du trijumeau et du vestibulaire, mais pas de l'olfaction, sur le mouvement des membres antérieurs des opossums nouveau-nés.

Molecular mechanisms underlying deficient neurogenesis in Alzheimer’s disease

La neurogenèse est présente, dans le cerveau adulte, dans la zone sous-ventriculaire (ZSV) encadrant les ventricules latéraux et dans le gyrus dentelé (GD) de l’hippocampe, permettant l’apprentissage, la mémoire et la fonction olfactive. Ces micro-environnements possèdent des signaux contrôlant l’auto-renouvellement des cellules souches neurales (CSN), leur prolifération, leur destin et leur différenciation. Or, lors du vieillissement, les capacités régénératives et homéostatiques et la neurogenèse déclinent. Les patients atteints de la maladie d’Alzheimer (MA), comme le modèle animal reproduisant cette maladie (3xTg-AD), montrent une accélération des phénotypes liés au vieillissement dont une diminution de la neurogenèse. Notre hypothèse est que la découverte des mécanismes affectant la neurogenèse, lors du vieillissement et de la MA, pourrait fournir de nouvelles cibles thérapeutiques pour prévenir le déclin cognitif. Les études sur l’âge d’apparition et les mécanismes altérant la neurogenèse dans la MA sont contrastées et nous ont guidé vers deux études. L’examen des changements dans les étapes de la neurogenèse lors du vieillissement et du développement de la neuropathologie. Nous avons étudié la ZSV, les bulbes olfactifs et le GD de souris femelles de 11 et 18 mois, et l’apparition des deux pathologies associées à la MA : les plaques amyloïdes et les enchevêtrements neurofibrillaires. Nous avons découvert que les souris 3xTg-AD possèdent moins de cellules en prolifération, de progéniteurs et de neuroblastes, induisant une diminution de l’intégration de nouvelles cellules dans le GD et les bulbes olfactifs. Notons que le taux de neurogenèse chez ces souris de 11 mois est similaire à celui des souris de phénotype sauvage de 18 mois, indiquant une accélération des changements liés au vieillissement dans la MA. Dans la ZSV, nous avons aussi démontré une accumulation de gouttelettes lipidiques, suggérant des changements dans l’organisation et le métabolisme de la niche. Enfin, nous avons démontré que le déficit de la neurogenèse apparait lors des premières étapes de la MA, avant l’apparition des plaques amyloïdes et des enchevêtrements neurofibrillaires. A l’examen des mécanismes inhibant la neurogenèse lors de la MA, nous voyons que chez des souris de 5 mois, le déficit de la neurogenèse dans la ZSV et le GD est corrélé avec l’accumulation de lipides, qui coïncide avec l’apparition du déclin cognitif. Nous avons aussi découvert que dans le cerveau humain de patients atteints de la MA et dans les 3xTg-AD, des gouttelettes lipidiques s’accumulaient dans les cellules épendymaires, représentant le principal soutien des CSN de la niche. Ces lipides sont des triglycérides enrichis en acide oléique qui proviennent de la niche et pas d’une défaillance du système périphérique. De plus, l’infusion locale d’acide oléique chez des souris de phénotype sauvage permet de reproduire l’accumulation de triglycérides dans les cellules épendymaires, comme dans la MA. Ces gouttelettes induisent un dérèglement de la voie de signalisation Akt-FoxO3 dans les CSN, menant à l’inhibition de leur activation in vitro et in vivo. Ces résultats permettent une meilleure compréhension de la régulation de la neurogenèse par le métabolisme lipidique. Nous avons démontré un nouveau mécanisme par lequel l’accumulation des lipides dans la ZSV induit une inhibition des capacités de prolifération et de régénération des CSN lors de la MA. Les travaux futurs permettront de comprendre comment et pourquoi le métabolisme lipidique du cerveau est altéré dans la MA, ce qui pourrait offrir de nouvelles voies thérapeutiques pour la prévention et la régénération.

Neuronal Expression of Cd36, Cd44, and Cd83 Antigen Transcripts Maps to Distinct and Specific Murine Brain Circuits

Cells recruited by the innate immune response rely on surface-expressed molecules in order to receive signals from the local environment and to perform phagocytosis, cell adhesion, and others processes linked to host defense. Hundreds of surface antigens designated through a cluster of differentiation (CD) number have been used to identify particular populations of leukocytes. Surprisingly, we verified that the genes that encode Cd36 and Cd83 are constitutively expressed in specific neuronal cells. For instance, Cd36 mRNA is expressed in some regions related to circuitry involved in pheromone responses and reproductive behavior. Cd44 expression, reanalyzed and detailed here, is associated with the laminar formation and midline thalamic nuclei in addition to striatum, extended amygdala, and a few hypothalamic, cortical, and hippocampal regions. A systemic immune challenge was able to increase Cd44 expression quickly in the area postrema and motor nucleus of the vagus but not in regions presenting expressive constitutive expression. In contrast to Cd36 and Cd44, Cd83 message was widely distributed from the olfactory bulb to the brain stem reticular formation, sparing the striatopallidum, olivary region, and cerebellum. Its pattern of expression nevertheless remained strongly associated with hypothalamic, thalamic, and hindbrain nuclei. Unlike the other transcripts, Cd83 mRNA was rapidly modulated by restraint stress. Our results indicate that these molecules might play a role in specific neural circuits and present functions other than those attributed to leukocyte biology. The data also suggest that these surface proteins, or their associated mRNA, could be used to label neurons in specific circuits/regions. J. Comp. Neurol. 517:906-924, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Slow Oscillations in the Mouse Hippocampus Entrained by Nasal Respiration

Different types of network oscillations occur in different behavioral, cognitive, or vigilance states. The rodent hippocampus expresses prominentoscillations atfrequencies between 4 and 12Hz,which are superimposed by phase-coupledoscillations (30 –100Hz).These patterns entrain multineuronal activity over large distances and have been implicated in sensory information processing and memory formation. Here we report a new type of oscillation at near- frequencies (2– 4 Hz) in the hippocampus of urethane-anesthetized mice. The rhythm is highly coherent with nasal respiration and with rhythmic field potentials in the olfactory bulb: hence, we called it hippocampal respiration-induced oscillations. Despite the similarity in frequency range, several features distinguish this pattern from locally generatedoscillations: hippocampal respiration-induced oscillations have a unique laminar amplitude profile, are resistant to atropine, couple differentlytooscillations, and are abolished when nasal airflow is bypassed bytracheotomy. Hippocampal neurons are entrained by both the respiration-induced rhythm and concurrent oscillations, suggesting a direct interaction between endogenous activity in the hippocampus and nasal respiratory inputs. Our results demonstrate that nasal respiration strongly modulates hippocampal network activity in mice, providing a long-range synchronizing signal between olfactory and hippocampal networks.

A novel in situ Polymerase chain reaction hybridisation assay for the direct detection of bovine herpesvirus type 5 in formalin-fixed, paraffin-embedded tissues

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo tomográfico do encéfalo de cães dolicocefálicos, mesaticefálicos e branquicefálicos clinicamente sadios

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo das alterações neuropatológicas e do comportamento em tarefas hipocampo-dependentes induzidas pela encefalite experimental aguda associada ao vírus piry

Este trabalho investiga as alterações neuropatológicas e do comportamento em tarefas hipocampo-dependentes induzidas pela encefalite experimental aguda associada ao vírus Piry. Três janelas temporais (3, 7 e 10 dias após a inoculação) foram avaliadas e dois ambientes testados de forma a avaliar se o enriquecimento ambiental influencia as alterações associadas à infecção. Camundongos fêmeas de dois meses de idade foram mantidos em ambientes empobrecido (IE) ou enriquecido (EE) durante seis meses e foram testados para as atividades de burrowing, de campo aberto e de discriminação olfatória. Após esse período os animais foram inoculados por via intranasal com 5μl de homogenado de cérebro normal (NBH) ou homogenado de cérebro infectado pelo vírus Piry (PY) e então reorganizados nos seguintes grupos: IENBH, IEPY, EENBH e EEPY, com sete animais cada. Três, sete e dez dias após a inoculação (dpi), os animais de cada janela temporal foram perfundidos com fixador aldeídico. Os encéfalos foram removidos, seccionados e as secções foram processadas para imunohistoquímica para anti-Piry e para anti-Iba-1 para marcação dos antígenos virais e de macrófagos/micróglias, respectivamente. Quantificações estereológicas foram feitas em cada camada celular de CA3 usando o método do fracionador óptico. Estimativas do fracionador óptico mostraram que não houve alteração da estimativa do número total de micróglias em CA3 nos grupos analisados, indicando que a infecção não alterou o número de células, mas a morfologia das micróglias, que se mostraram mais ativadas no grupo IEPY do que no grupo EEPY. Os resultados revelaram a presença de antígenos virais no bulbo olfatório, córtex piriforme, estriado e fimbria, ao longo da via olfatória. A atividade de burrowing no grupo IEPY diminuiu na primeira janela temporal e permaneceu baixa até a última janela, enquanto que no grupo EEPY não houve alteração neste teste. Na atividade de campo aberto, o grupo IEPY aumentou o tempo imóvel já na primeira janela e continuou aumentando até a última; reduziu o número de linhas cruzadas na segunda janela e permaneceu reduzido na última; e diminuiu o tempo na zona central na segunda e última janela. Já o grupo EEPY, aumentou o tempo imóvel e reduziu o número de linhas cruzadas na segunda janela. No teste de discriminação olfatória, o principal grupo afetado foi o grupo IEPY, que não discriminou os dois odores na última janela, enquanto que o grupo EEPY não teve alteração na discriminação.

Estudo da neuropatologia induzida pelo vírus Marabá em modelo murino

O vírus Marabá (Be AR 411459) é um Vesiculovírus (VSV), membro da família Rhabdoviridae, isolado em 1983, de um pool de flebotomíneos capturado em Marabá-PA pela Seção de Arbovírus do Instituto Evandro Chagas. Na literatura pouco se tem sobre neuropatologia experimental induzida pelo vírus Marabá, apesar dos 30 anos de isolamento. Um único estudo, porém, revelou que a infecção viral em camundongos recém-nascidos provoca necrose e picnose em neurônios em várias regiões do sistema nervoso central (SNC) O objetivo do presente trabalho foi investigar a distribuição do vírus Marabá no SNC, a ativação microglial e astrocitária, aspectos histopatológicos; e a expressão de citocinas e óxido nítrico (NO), na encefalite induzida pelo vírus Marabá em camundongo BALB/c adultos. Para tanto, foram realizados processamentos de amostras para análise histopatologica; immunohistoquímica para marcação de microglia, astrócitos e antígeno viral; testes de quantificação de citocinas e NO; e análises estatísticas. Os resultados demonstraram que os animais infectados (Ai) 3 dias após a inoculação (d.p.i.) apresentam discreta marcação do antígeno viral, bem como quanto a ativação de microglia e astrócitos no SNC. Por outro lado, nos Ai 6 d.p.i. a marcação do antígeno viral foi observada em quase todas regiões encefálicas, observando-se intensa ativação microglial nestes locais, embora a astrogliose tenha sido menor. Edema, necrose e apoptose de neurônios foram observados principalmente no bulbo olfatório, septo interventrícular e córtex frontal dos Ai 6 d.p.i. A quantificação dos níveis de IL-12p40, IL-10, IL-6, TNF- α, INF-ү, MCP-1 e de NO mostrou aumentos significativos nos Ai 6 d.p.i., quando comparados aos animais controles e Ai 3 d.p.i.. Por outro lado, os níveis de TGF-β, importante imunossupressor, não foi significativo em todos os grupos e tempos avaliados (3 e 6 d.p.i.). Estes resultados indicam que o vírus Marabá pode infectar diversas regiões do SNC de camundongo BALB/c adulto 6 d.p.i., produzindo alterações anátomo-patológicas e uma forte resposta imune inflamatória que pode ser letal para o animal.

Estudo morfológico e imunológico da encefalite induzida pelo vírus juruaçá em modelo murino

Muitos estudos têm sido realizados para o entendimento da neuropatogênese das encefalites virais a partir de trabalhos experimentais, porém, nenhum estudo experimental foi dedicado à compreensão da neuropatogênese de membros da família Picornaviridae isolados de morcegos na região amazônica. O vírus Juruaçá, um desses agentes, parcialmente caracterizado como membro da família Picornaviridae por Araújo e colaboradores (2006), causou lesões no encéfalo de camundongos neonatos com presença de gliose reativa, apesar de não provocar efeito citopático (ECP) em cultivos primários de células do sistema nervoso central (SNC), sugerindo que este agente viral seja responsável pela morte dos animais devido a uma intensa resposta imune. O objetivo desse trabalho foi investigar a resposta imune no SNC e alterações celulares causadas pelo vírus Juruaçá em camundongos albinos da linhagem BALB/c neonatos a partir de análises histopatológicas, de ativação microglial e da expressão de citocinas, óxido nítrico (NO) e espécies reativas de oxigênio (ROS). Para tanto, foram realizados processamento de amostras para histopatologia, ensaios imunoenzimáticos, imunohistoquímicos e de imunofluorescência, além de testes para quantificação de NO e ROS e análises estatísticas. Nossos resultados demonstraram que o vírus Juruaçá induz lesões por todo o encéfalo, com maior intensidade no parênquima cortical. Os testes imunohistoquímicos demonstraram a presença de antígenos virais e de micróglias reativas distribuídos por todo o encéfalo e região anterior da medula espinhal. Micróglias com aspecto ameboide, demonstrando intensa ativação, foram observadas principalmente no córtex cerebral, bulbo olfatório, núcleo olfatório anterior, prosencéfalo e diencéfalo próximo ao ventrículo lateral. A produção das citocinas anti-inflamatórias (IL-10, IL-4) diminuiu ao longo do tempo, enquanto que as pró-inflamatórias (IL-12, IL-6, IL-1β, TNF-α, IFN-γ) aumentaram significativamente a partir do 8º dia. Os ensaios para detecção de ROS demonstraram grande produção de radicais superóxido desde o 4º dia, já a produção de NO foi sempre menor nos animais infectados. Provavelmente, a ativação das células gliais, principalmente micróglias, e consequente produção de citocinas pró-inflamatórias e ROS promoveram uma ação devastadora sobre as células do SNC, que coincide com a intensificação dos sinais clínicos. Diante do exposto, ficou evidente que os nossos resultados indicam que o vírus Juruaçá é responsável por uma doença de cunho inflamatório que leva a óbito 100% de camundongos neonatos infectados.

Effects of lithium on the proliferation and migration of neuroblasts in the rostral migratory stream in adult mice

The discovery of neurogenesis in adult brains opened the possibility of cellular therapy strategies for the treatment of neurodegenerative diseases, such as Alzheimer’s disease. Neurogenesis in the adult brain occurs in two areas: subgranular zone of the hippocampus and subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles. Neurons that originate from the SVZ migrate to the olfactory bulb (OB) through the rostral migratory stream (RMS). In Alzheimer’s disease, there is a progressive neuronal dysfunction and degeneration, resulting in brain atrophy and cognitive impairments including olfactory dysfunction. Several studies have demonstrated that pharmacological treatment with lithium exerts positive effects on adult neurogenesis, and one pathway seems to be the modulation of factors that regulate the migration of neuroblasts. The objective of this study was to investigate whether treatment with lithium promotes the increase of migratory neuroblasts using as parameter the RMS. Adult male C57BL/6 mice were divided into control and lithium-treated groups. The animals were treated for 6 weeks and, at four different time points, i.e., 10 days, 7 days, 3 days and 1 day before the end of treatments, they received an injection of BrdU (cell proliferation marker). The animals were sacrificed by perfusion fixation and the brains were immunohistochemically labeled for BrdU for analysis of migrating neuroblasts in the RMS. The results showed that the number of BrdU+ cells in the RMS was not significantly different between the two groups, suggesting that lithium, alone, is not capable of increasing the number of neuroblasts migrating from the SVZ to the OB

Distribuição genômica e antigênica do BHV5 em encéfalos bovinos com meningoencefalite não supurativa: casos clínicos

Pós-graduação em Ciência Animal - FMVA

GnRH/GnIH e seus receptores no sistema olfato-retinal de zebrafish

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)