Uncovering the role of misfolded SOD1 in the pathogenesis of Amyotrophic Lateral Sclerosis

La sclérose latérale amyothrophique (SLA) est une maladie neurodégénérative charactérisée par la perte des neurones moteurs menant à la paralysie et à la mort. Environ 20% des cas familiaux de la SLA sont causés par des mutations de la superoxyde dismutase 1 (SOD1), conduisant vers un mauvais repliement de la protéine SOD1, ce qui a comme conséquence un gain de fonction toxique. Plusieurs anticorps spécifiques pour la forme mal repliée de la protéine ont été générés et utilisés comme agent thérapeutique dans des modèles précliniques. Comment le mauvais repliement de SOD1 provoque la perte sélective des neurones moteurs demeure non résolu. La morphologie, le bilan énergétique et le transport mitochondrial sont tous documentés dans les modèles de la SLA basés sur SOD1, la détérioration des mitochondries joue un rôle clé dans la dégénération des neurones moteurs. De plus, la protéine SOD1 mal repliée s’associe sélectivement sur la surface des mitochondries de la moelle épinière chez les modèles de rongeurs de la SLA. Notre hypothèse est que l’accumulation de la protéine SOD1 mal repliée sur les mitochondries pourrait nuire aux fonctions mitochondriales. À cette fin, nous avons développé un nouvel essai par cytométrie de flux afin d’isoler les mitochondries immunomarquées avec des anticorps spécifiques à la forme malrepliée de SOD1 tout en évaluant des aspects de la fonction mitochondriale. Cette méthode permettra de comparer les mitochondries portant la protéine SOD1 mal repliée à celles qui ne la portent pas. Nous avons utilisé un anticorps à conformation spécifique de SOD1, B8H10, pour démontrer que la protéine mal repliée SOD1 s’associe avec les mitochondries de la moelle épinière des rat SOD1G93A d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries avec la protéine mal repliée SOD1 B8H10 associée à leur surface (B8H10+) ont un volume et une production excessive de superoxyde significativement plus grand, mais possèdent un potentiel transmembranaire comparable aux mitochondries B8H10-. En outre, la présence de la protéine mal repliée SOD1 reconnue par B8H10 coïncide avec des niveaux plus élevés de la forme pro-apoptotique de Bcl-2. L’immunofluorescence de sections de moelle épinière du niveau lombaire avec l’anticorps spécifique à la conformation B8H10 et AMF7-63, un autre anticorps conformationnel spécifique de SOD1, démontre des motifs de localisations distincts. B8H10 a été trouvé principalement dans les neurones moteurs et dans plusieurs points lacrymaux dans tout le neuropile. Inversement, AMF7-63 a marqué les neurones moteurs ainsi qu’un réseau fibrillaire distinctif concentré dans la corne antérieure. Au niveau subcellulaire, SOD1 possèdant la conformation reconnu par AMF7-63 est aussi localisée sur la surface des mitochondries de la moelle épinière d’une manière dépendante du temps. Les mitochondries AMF7-63+ ont une augmentation du volume comparé aux mitochondries B8H10+ et à la sous-population non marquée. Cependant, elles produisent une quantité similaire de superoxyde. Ensemble, ces données suggèrent qu’il y a plusieurs types de protéines SOD1 mal repliées qui convergent vers les mitochondries et causent des dommages. De plus, différentes conformations de SOD1 apportent une toxicité variable vers les mitochondries. Les protéines SOD1 mal repliées réagissant à B8H10 et AMF7-63 sont présentes en agrégats dans les fractions mitochondriales, nous ne pouvons donc pas prendre en compte leurs différents effets sur le volume mitochondrial. Les anticorps conformationnels sont des outils précieux pour identifier et caractériser le continuum du mauvais repliement de SOD1 en ce qui concerne les caractéristiques biochimiques et la toxicité. Les informations présentes dans cette thèse seront utilisées pour déterminer le potentiel thérapeutique de ces anticorps.

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.

The role of protein convertases in bigdynorphin and dynorphin A metabolic pathway

Les dynorphines sont des neuropeptides importants avec un rôle central dans la nociception et l’atténuation de la douleur. De nombreux mécanismes régulent les concentrations de dynorphine endogènes, y compris la protéolyse. Les Proprotéines convertases (PC) sont largement exprimées dans le système nerveux central et clivent spécifiquement le C-terminale de couple acides aminés basiques, ou un résidu basique unique. Le contrôle protéolytique des concentrations endogènes de Big Dynorphine (BDyn) et dynorphine A (Dyn A) a un effet important sur la perception de la douleur et le rôle de PC reste à être déterminée. L'objectif de cette étude était de décrypter le rôle de PC1 et PC2 dans le contrôle protéolytique de BDyn et Dyn A avec l'aide de fractions cellulaires de la moelle épinière de type sauvage (WT), PC1 -/+ et PC2 -/+ de souris et par la spectrométrie de masse. Nos résultats démontrent clairement que PC1 et PC2 sont impliquées dans la protéolyse de BDyn et Dyn A avec un rôle plus significatif pour PC1. Le traitement en C-terminal de BDyn génère des fragments peptidiques spécifiques incluant dynorphine 1-19, dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7 et Dyn A génère les fragments dynorphine 1-13, dynorphine 1-11 et dynorphine 1-7. Ils sont tous des fragments de peptides associés à PC1 ou PC2. En plus, la protéolyse de BDyn conduit à la formation de Dyn A et Leu-Enk, deux peptides opioïdes importants. La vitesse de formation des deux est réduite de manière significative dans les fractions cellulaires de la moelle épinière de souris mutantes. En conséquence, l'inhibition même partielle de PC1 ou PC2 peut altérer le système opioïde endogène.

Studies on the synthesis and cns activity of strychnine derivatives

Strychnine, the major alkaloid present in Strychnos nuxvomica seeds has been reported to stimulate the entire central nervous system with preference for the spinal cord. It is a powerful convulsant and because of this property, it is an important pharmacological tool as it plays a unique role as an inhibitor of post synaptic inhibitory impulses. It is useful to study inhibitory transmitter and receptor types. However, because of its extreme toxicity, strychnine does not have any therapeutic application in the Western system of medicine. The present work was undertaken with a view to obtaining strychnine derivatives having CNS stimulating properties but with sufficiently low toxicity so that they may eventually find some application in medicine. As strychnine is isolated from the locally available strychnos Nugvomica seeds, it’s possible utilization in therapeutics will have considerable commercial significance. This work tries to provide several new compounds which are significantly less toxic than strychnine and its N—oxide as shown from the pharmacological Studio As they also possessed CNS stimulating properties, they are well suited for further screening to assess their potential as valuable therapeutic agents.

Studies in the microbial tranformation of alkaloids strychnine and 2-nitrostrychnine

Strychnine is the major alkaloid present in the seeds of _Strychnos, nuxvomica tree which grow naturally in this area. Strychnine has a very complex chemical structure and is known to stimulate all portions of the central nervous system with preference to the spinal cord. However, it is a powerful convulsant and death results from asphyxia. Consequently strychnine has no therapeutic application in the western system of medicine at present. The objective of this work, therefore, was to convert strychnine by microbial transformation into a product having more desirable pharmacological properties so that this locally available natural product may find some use in the preparation of a therapeutic agent.

GABA and 5-HT chitosan nanoparticles enhanced liver cell proliferation and neuronal survival in partially hepatectomised rats: GABAB and 5-HT2A receptors functional

Nanoparticulate drug delivery systems provide wide opportunities for solving problems associated with drug stability or disease states and create great expectations in the area of drug delivery (Bosselmann & Williams, 2012). Nanotechnology, in a simple way, explains the technology that deals with one billionth of a meter scale (Ochekpe, et al., 2009). Fewer side effects, poor bioavailability, absorption at intestine, solubility, specific delivery to site of action with good pharmacological efficiency, slow release, degradation of drug and effective therapeutic outcome, are the major challenges faced by most of the drug delivery systems. To a great extent, biopolymer coated drug delivery systems coupled with nanotechnology alleviate the major drawbacks of the common delivery methods. Chitosan, deacetylated chitin, is a copolymer of β-(1, 4) linked glucosamine (deacetylated unit) and N- acetyl glucosamine (acetylated unit) (Radhakumary et al., 2005). Chitosan is biodegradable, non-toxic and bio compatible. Owing to the removal of acetyl moieties that are present in the amine functional groups of chitin, chitosan is readily soluble in aqueous acidic solution. The solubilisation occurs through the protonation of amino groups on the C-2 position of D-glucosamine residues whereby polysaccharide is converted into polycation in acidic media. Chitosan interacts with many active compounds due to the presence of amine group in it. The presence of this active amine group in chitosan was exploited for the interaction with the active molecules in the present study. Nanoparticles of chitosan coupled drugs are utilized for drug delivery in eye, brain, liver, cancer tissues, treatment of spinal cord injury and infections (Sharma et al., 2007; Li, et a., 2009; Paolicelli et al., 2009; Cho et al., 2010). To deliver drugs directly to the intended site of action and to improve pharmacological efficiency by minimizing undesired side effects elsewhere in the body and decrease the long-term use of many drugs, polymeric drug delivery systems can be used (Thatte et al., 2005).

Effect of joint mobilization on the H Reflex amplitude in people with spasticity

Objective: To determine the effect of ankle joint mobilization on the H reflex amplitude of thesoleus muscle in people with spasticity. Materials and methods: A quasi-experimental study withcrossover design and simple masking was conducted in 24 randomized subjects to initiate thecontrol or experimental group. Traction and rhythmic oscillation were applied for five minutesto the ankle joint. H wave amplitude changes of Hoffmann reflex (electrical equivalent of themonosynaptic spinal reflex) was assessed, stimulating the tibial nerve at the level of the poplitealfossa and recording in the soleus muscle. In each subject 12 measurements were taken: basalrate, during and after mobilization. Changes in H reflex amplitude were calculated in relationto basal measurement. For each measurement a hypothesis test was performed (Student t test).Results: In groups of patients with brain injury and incomplete spinal cord injury, a significantdifference was found between measurements of both studies, concerning variation in H reflexamplitude during the application of joint mobilization techniques, with a decrease in the experimentalgroup and an increase in the control group. In contrast, no significant differences werefound after mobilization therapy. Patients with complete spinal cord injury showed no significantdifferences in any measurements. Conclusion: We demonstrate the effectiveness of jointmobilization in the decrease of H reflex amplitude in patients with brain injury or incompletespinal cord injury during the mobilization maneuver, but no residual effect after completion ofthe trial. This research showed no evidence regarding excitability reduction in complete spinalcord injury. We suggest that therapeutic interventions to decrease muscle tone based on the jointmobilization should be reconsidered.

Diferencias individuales y desarrollo de habilidades de liderazgo : el rol del locus de control

El presente proyecto se ha elaborado con la finalidad de encontrar la relación existente entre el liderazgo y el locus de control, por medio de una revisión documental que permita dar una visión más amplia de estos dos fenómenos. De acuerdo con investigaciones realizadas, existen características individuales que afectan el desarrollo de liderazgo, lo cual a su vez tiene un impacto sobre el comportamiento de los individuos dentro de una sociedad. Uno de estos factores es el locus de control, el cual sesta determinado por características del individuo, y por el ambiente en el cual se desenvuelven las personas. Existen diferentes evidencias que soportan ésta relación entre locus de control y liderazgo. En éste estudio documental se describirán estos hallazgos, identificando las características del individuo y del contexto que influyen sobre ellos. Asimismo se pondrá en contexto a través del trabajo las características principales de los líderes y como se presentan las interacciones entre los lideres y seguidores, teniendo en cuenta que no todas las veces los seguidores desarrollan este papel al seguir a su líder, sino que por otro lado y estos pueden tomar parte fundamental en la interacción, influyendo de manera directa sobre el líder. Se recuerda que a los lideres los hacen sus seguidores y que sin estos no podrían desarrollar el papel de líder.

Anestesia regional y periférica guiada por ultrasonido en el paciente critico

El presente trabajo es un capítulo de libro titulado “Anestesia Regional y Periférica Guiada por Ultrasonido en el Paciente Crítico” que será incluido en la última edición del libro “Manual de Ultrasonido en Terapia Intensiva y Emergencias” cuyo editor es el Doctor José de Jesús Rincón Salas y que será publicado por la Editorial Prado de México para distribución latinoamericana desde dicho país. Por solicitud del editor y teniendo en cuenta el enfoque del libro, el presente trabajo está dirigido a estudiantes de formación, médicos graduados y especialistas en las áreas de cuidado intensivo, anestesiología, dolor, medicina interna y medicina de urgencias. Tiene como propósito empapar de conocimientos necesarios y prácticos en anestesia regional a personas que usualmente no han tenido contacto con la anestesia regional, pues desafortunadamente sólo en los últimos años ha sido posible que la anestesia regional haya comenzado a salir de las salas de cirugía, ámbito donde ha estado confinada tradicionalmente. El lenguaje utilizado es sencillo y el capítulo ha sido escrito para que sea fácil de leer y consultar, dejando así mensajes muy claros sobre la utilidad, viabilidad e implicaciones que tiene el uso de anestesia regional guiada por ultrasonido en cuidado intensivo. Los autores esperamos que de esta manera, el presente capítulo permita continuar superando los obstáculos que se interponen entre los invaluables beneficios de la anestesia regional y los pacientes de cuidado intensivo que necesitan de ella.

Trauma craneoencefálico severo en la UCIP del Hospital de la Misericordia, 2010-2013

El Trauma Craneoencefálico (TCE) infantil constituye un motivo frecuente de consulta en Urgencias y supone la primera causa de muerte en niños, llegando a ser hasta del 50% en trauma severo. En Colombia se conocen cifras de TCE por algunos estudios descriptivos, pero no existen reportes en Bogotá ni específicamente en TCE severo. Objetivo: Caracterizar el trauma craneoencefálico severo pediátrico en la Unidad de Cuidado intensivo del Hospital de la Misericordia entre los años 2010 y 2013. Materiales y métodos: Un estudio descriptivo retrospectivo fue realizado en el Hospital de la Misericordia mediante revisión de las historias clínicas de los pacientes que ingresaron a la Unidad de Cuidado Intensivo pediátrico con diagnóstico de trauma craneoencefálico severo entre el año 2010 al 2013. Resultados: Se incluyeron 63 pacientes (71,4% hombres) con una edad mediana de 4 años (RIQ 2-8). La mayoría de los traumas fueron originados por caída o accidente de tránsito (79,4%). La principal lesión fue fractura de cráneo (79%). Casi la mitad de los pacientes sufrieron algún tipo de secuela neurológica al egreso (47,1%). La mayoría de los pacientes que murieron (19%) sufrieron choque hipovolémico (83,3%) y presentaron trauma asociado (66,7%). Conclusión: Las características y epidemiología del trauma craneoencefálico en nuestra población muestran claras similitudes con lo reportados en otras series de la literatura mundial y de Colombia, excepto por la mortalidad, que se esperaba más alta al estudiar solo pacientes con TCE severo.

La mejora de la calidad de vida de las personas con lesión medular: la transición del centro rehabilitador a la vida cotidiana desde la perspectiva de los usuarios

El retorno a la vida cotidiana para una persona con lesión medular después del periodo de rehabilitación en régimen hospitalario, es un proceso difícil no exento de dificultades y nuevos retos personales. En este trabajo nos planteamos identificar aquellos factores más relevantes que contribuyen a mejorar su calidad de vida, desde la perspectiva de las propias personas afectadas. Hemos realizado dos grupos de discusión: uno formado por 12 personas con paraplejia y otro formado por 6 personas con tetraplejia. El análisis de contenido realizado indica que, para los participantes existen dos dimensiones relacionadas con su percepción de calidad de vida una vez salen del centro de rehabilitación: a) necesidad de atención al entorno más próximo y b) preparación para el mundo real. Concluimos señalando la importancia de realizar programas de rehabilitación integral, que incluyan, rehabilitación física, aprendizaje de habilidades que posibiliten el máximo de independencia y autonomía personal y trabajo de apoyo a la familia

The Ca(v)2.3 calcium channel antagonist SNX-482 reduces dorsal horn neuronal responses in a rat model of chronic neuropathic pain

Neuropathic pain is a difficult state to treat, characterized by alterations in sensory processing that can include allodynia (touch-evoked pain). Evidence exists for nerve damage-induced plasticity in both transmission and modulatory systems, including changes in voltage-dependent calcium channel (VDCC) expression and function; however, the role of Ca(v)2.3 calcium channels has not clearly been defined. Here, the effects of SNX-482, a selective Ca(v)2.3 antagonist, on sensory transmission at the spinal cord level have been investigated in the rat. The spinal nerve ligation (SNL) model of chronic neuropathic pain [Kim & Chung, (1992) Pain, 50, 355-363] was used to induce mechanical allodynia, as tested on the ipsilateral hindpaw. In vivo electrophysiological measurements of dorsal horn neuronal responses to innocuous and noxious electrical and natural stimuli were made after SNL and compared to sham-operated animals. Spinal SNX-482 (0.5-4 mu g/50 mu L) exerted dose-related inhibitions of noxious C-fibre- and A delta-fibre-mediated neuronal responses in conditions of neuropathy, but not in sham-operated animals. Measures of spinal cord hyperexcitability and nociception were most susceptible to SNX-482. In contrast, non-noxious A beta-mediated responses were not affected by SNX-482. Moreover, responses to innocuous mechanical and also thermal stimuli were more sensitive to SNX-482 in SNL than control animals. This study is the first to demonstrate an antinociceptive role for SNX-482-sensitive channels in dorsal horn neurons during neuropathy. These data are consistent with plasticity in Ca(V)2.3 calcium channel expression and suggest a potential selective target to reduce nociceptive transmission during conditions of nerve damage.

Rat neurosphere cells protect axotomized rat retinal ganglion cells and facilitate their regeneration

We investigated the ability of a population of rat neural stem and precursor cells derived from rat embryonic spinal cord to protect injured neurons in the rat central nervous system (CNS). The neonatal rat optic pathway was used as a model of CNS injury, whereby retinal ganglion cells (RGCs) were axotomized by lesion of the lateral geniculate nucleus one day after birth. Neural stem and precursor cells derived from expanded neurospheres (NS) were transplanted into the lesion site at the time of injury. Application of Fast Blue tracer dye to the lesion site demonstrated that significant numbers of RGCs survived at 4 and 8 weeks in animals that received a transplant, with an average of 28% survival, though in some individual cases survival was greater than 50%. No RGCs survived in animals that received a lesion alone. Furthermore, labeled RGCs were also observed when Fast Blue was applied to the superior colliculus (SC) at 4 weeks, suggesting that neurosphere cells also facilitated RGC to regenerate to their normal target. Transplanted cells did not migrate or express neural markers after transplantation, and secreted several neurotrophic factors in vitro. We conclude that NS cells can protect injured CNS neurons and promote their regeneration. These effects are not attributable to cell replacement, and may be mediated via secretion of neurotrophic factors. Thus, neuroprotection by stem cell populations may be a more viable approach for treatment of CNS disorders than cell replacement therapy.

Human-machine symbiosis overview

The interface between humans and technology is a rapidly changing field. In particular as technological methods have improved dramatically so interaction has become possible that could only be speculated about even a decade earlier. This interaction can though take on a wide range of forms. Indeed standard buttons and dials with televisual feedback are perhaps a common example. But now virtual reality systems, wearable computers and most of all, implant technology are throwing up a completely new concept, namely a symbiosis of human and machine. No longer is it sensible simply to consider how a human interacts with a machine, but rather how the human-machine symbiotic combination interacts with the outside world. In this paper we take a look at some of the recent approaches, putting implant technology in context. We also consider some specific practical examples which may well alter the way we look at this symbiosis in the future. The main area of interest as far as symbiotic studies are concerned is clearly the use of implant technology, particularly where a connection is made between technology and the human brain and/or nervous system. Often pilot tests and experimentation has been carried out apriori to investigate the eventual possibilities before human subjects are themselves involved. Some of the more pertinent animal studies are discussed briefly here. The paper however concentrates on human experimentation, in particular that carried out by the authors themselves, firstly to indicate what possibilities exist as of now with available technology, but perhaps more importantly to also show what might be possible with such technology in the future and how this may well have extensive social effects. The driving force behind the integration of technology with humans on a neural level has historically been to restore lost functionality in individuals who have suffered neurological trauma such as spinal cord damage, or who suffer from a debilitating disease such as lateral amyotrophic sclerosis. Very few would argue against the development of implants to enable such people to control their environment, or some aspect of their own body functions. Indeed this technology in the short term has applications for amelioration of symptoms for the physically impaired, such as alternative senses being bestowed on a blind or deaf individual. However the issue becomes distinctly more complex when it is proposed that such technology be used on those with no medical need, but instead who wish to enhance and augment their own bodies, particularly in terms of their mental attributes. These issues are discussed here in the light of practical experimental test results and their ethical consequences.

Challenges and opportunities for robot-mediated neurorehabilitation

Robot-mediated neurorehabilitation is a rapidly advancing field that seeks to use advances in robotics, virtual realities, and haptic interfaces, coupled with theories in neuroscience and rehabilitation to define new methods for treating neurological injuries such as stroke, spinal cord injury, and traumatic brain injury. The field is nascent and much work is needed to identify efficient hardware, software, and control system designs alongside the most effective methods for delivering treatment in home and hospital settings. This paper identifies the need for robots in neurorehabilitation and identifies important goals that will allow this field to advance.