Signalling by neurotrophins and hepatocyte growth factor regulates axon morphogenesis by differential β-catenin phosphorylation

Tyrosine phosphorylation of ß-catenin, a component of adhesion complexes and the Wnt pathway, affects cell adhesion, migration and gene transcription. By reducing ßcatenin availability using shRNA-mediated gene silencing or expression of intracellular N-cadherin, we show that ß-catenin is required for axon growth downstream of Brain Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and Hepatocyte Growth Factor (HGF) signalling. We demonstrate that receptor tyrosine kinases (RTK) Trk and Met interact with and phosphorylate ß-catenin. Neurotrophins (NT) stimulation of Trk receptors results in phosphorylation of ß-catenin at residue Y654 and increased axon growth and branching. Conversely, pharmacological inhibition of Trk or a Y654F mutant blocks these effects. ß-catenin phospho(P)-Y654 colocalizes with the cytoskeleton at growth cones. However, HGF that also increases axon growth and branching, induces ß-catenin phosphorylation at Y142 and a nuclear localization. Interestingly, dominant negative ΔN-TCF4 abolishes the effects of HGF in axon growth and branching, but not of NT. We conclude that NT and HGF signalling differentially phosphorylate ß-catenin, targeting ß-catenin to distinct compartments to regulate axon morphogenesis by TCF4-transcription-dependent and independent mechanisms. These results place ß-catenin downstream of growth factor/RTK signalling in axon differentiation.

Chemokines induce axon outgrowth downstream of Hepatocyte Growth Factor and TCF/β-catenin signaling

Axon morphogenesis is a complex process regulated by a variety of secreted molecules, including morphogens and growth factors, resulting in the establishment of the neuronal circuitry. Our previous work demonstrated that growth factors [Neurotrophins (NT) and Hepatocyte Growth Factor (HGF)] signal through β-catenin during axon morphogenesis. HGF signaling promotes axon outgrowth and branching by inducing β-catenin phosphorylation at Y142 and transcriptional regulation of T-Cell Factor (TCF) target genes. Here, we asked which genes are regulated by HGF signaling during axon morphogenesis. An array screening indicated that HGF signaling elevates the expression of chemokines of the CC and CXC families. In line with this, CCL7, CCL20, and CXCL2 significantly increase axon outgrowth in hippocampal neurons. Experiments using blocking antibodies and chemokine receptor antagonists demonstrate that chemokines act downstream of HGF signaling during axon morphogenesis. In addition, qPCR data demonstrates that CXCL2 and CCL5 expression is stimulated by HGF through Met/b-catenin/TCF pathway. These results identify CC family members and CXCL2 chemokines as novel regulators of axon morphogenesis downstream of HGF signaling.

Missense mutations in TENM4, a regulator of axon guidance and central myelination, cause essential tremor.

Essential tremor (ET) is a common movement disorder with an estimated prevalence of 5% of the population aged over 65 years. In spite of intensive efforts, the genetic architecture of ET remains unknown. We used a combination of whole-exome sequencing and targeted resequencing in three ET families. In vitro and in vivo experiments in oligodendrocyte precursor cells and zebrafish were performed to test our findings. Whole-exome sequencing revealed a missense mutation in TENM4 segregating in an autosomal-dominant fashion in an ET family. Subsequent targeted resequencing of TENM4 led to the discovery of two novel missense mutations. Not only did these two mutations segregate with ET in two additional families, but we also observed significant over transmission of pathogenic TENM4 alleles across the three families. Consistent with a dominant mode of inheritance, in vitro analysis in oligodendrocyte precursor cells showed that mutant proteins mislocalize. Finally, expression of human mRNA harboring any of three patient mutations in zebrafish embryos induced defects in axon guidance, confirming a dominant-negative mode of action for these mutations. Our genetic and functional data, which is corroborated by the existence of a Tenm4 knockout mouse displaying an ET phenotype, implicates TENM4 in ET. Together with previous studies of TENM4 in model organisms, our studies intimate that processes regulating myelination in the central nervous system and axon guidance might be significant contributors to the genetic burden of this disorder.

Benzodiazepines and Cognitive Functioning in Older Adults. With Emphasis on Long-Term Use and Withdrawal

Benzodiazepines (BZD) and benzodiazepine related drugs (RD) are the most commonly used psychotropics among the aged. The use of other psychotropics taken concomitantly with BZD/ RD or their cognitive effects with BZD/RD have not been studied frequently. The aim of this academic thesis was to describe and analyse relationships between the use of BZD/RD alone or concomitantly with antipsychotics, antidepressants, opioids, antiepileptics, opioids and anticholinergics in the aged and their health. Especially, the relationships between long-term use of BZD/RD and cognitive decline were studied. Additionally, the effect of melatonin on BZD/RD withdrawal and the cognitive effects of BZD/RD withdrawal were studied. This study used multiple data sets: the first study (I) was based on clinical data containing aged patients (≥65 years; N=164) admitted to Pori City Hospital due to acute disease. The second data set (Studies II and III) was based on population-based data from the Lieto Study, a clinico-epidemiological longitudinal study carried out among the aged (≥65 years) in the municipality of Lieto. Follow-up data was formed by combining the cohort data collected in 1990-1991 (N=1283) and in 1998-1999 (N=1596) from those who participated in both cohorts (N=617). The third data set (Studies IV and V) was based on the Satauni Study’s data. This study was performed in the City of Pori in 2009-2010. In the RCT part of the Satauni Study, ninety-two long-term users of BZD/RD were withdrawn from their drugs using melatonin against placebo. The change of their cognitive abilities was measured during and after BZD/ RD withdrawal. BZD/RD use was related to worse cognitive and functional abilities, and their use may predict worse cognitive outcomes compared with BZD/RD non-users. Hypnotic use of BZD/RD could be withdrawn with psychosocial support in motivated participants, but melatonin did not improve the withdrawal results compared to those with placebo. Cognitive abilities in psychomotor tests did not show, or showed only modest, improvements for up to six months after BZD/RD withdrawal. This suggests that the cognitive effects of BZD/RD may be longlasting or permanent.

Caspase dependence of the death of neonatal retinal ganglion cells induced by axon damage and induction of autophagy as a survival mechanism

We examined the degeneration of post-mitotic ganglion cells in ex-vivo neonatal retinal explants following axon damage. Ultrastructural features of both apoptosis and autophagy were detected. Degenerating cells reacted with antibodies specific for activated caspase-3 or -9, consistent with the presence of caspase activity. Furthermore, peptidic inhibitors of caspase-9, -6 or -3 prevented cell death (100 µM Ac-LEDH-CHO, 50 µM Ac-VEID-CHO and 10 µM Z-DEVD-fmk, respectively). Interestingly, inhibition of autophagy by 7-10 mM 3-methyl-adenine increased the rate of cell death. Immunohistochemistry data, caspase activation and caspase inhibition data suggest that axotomy of neonatal retinal ganglion cells triggers the intrinsic apoptotic pathway, which, in turn, is counteracted by a pro-survival autophagic response, demonstrated by electron microscopy profiles and pharmacological autophagy inhibitor.

Elucidation of the Retinoid Signalling Pathway Involved in Axon Guidance in Lymnaea stagnalis and Xenopus laevis

The vitamin A metabolite, retinoic acid (RA), is known to play a crucial role in several developmental processes including axial patterning and differentiation. More recently, RA has been implicated in the regenerative process acting through its classical signaling pathway, the nuclear receptors, retinoic acid receptor (RAR) and retinoid X receptor (RXR), to mediate gene transcription. Moreover, RA has been shown to act as a guidance molecule for growth cones of regenerating motorneurons of the pond snail, Lymnaea stagnalis. Our lab has recently shown that RA can induce this morphological response independent of nuclear transcription, however, the role of the retinoid receptors in RA-induced chemoattraction is still unknown. Here, I show that the retinoid receptors, RXR and RAR, may mediate the growth cones response to the metabolically active retinoic acid isomers, all-trans and 9-cis RA, in Lymnaea stagnalis. Data presented here show that both an RXR and RAR antagonist can block growth cone turning in response to application of both isomers. Because no prior investigations have shown growth cone turning of individual vertebrate neurons, I aimed to show that both retinoic acid isomers were capable of inducing growth cone turning of embryonic spinal cord neurons in the frog, Xenopus laevis. For the first time in Xenopus, I showed that both all-trans and 9-cis RA were able to induce significantly more neurite outgrowth from cultured embryonic spinal cord neurons and induce positive growth cone turning of individual growth cones. In addition, I showed that the presence of the RXR antagonist, HX531, blocked 9-cis RA-induced growth cone turning and the RARβ antagonist, LE135, blocked all-trans RA-induced growth cone turning in this species. Evidence provided here shows for the first time, conservation of retinoic acid-induced growth cone turning in a vertebrate model system. In addition, these data show that the receptors involved in this morphological response may be the same in vertebrates and invertebrates.

Effects of quetiapine on anhedonia induced by withdrawal from chronic amphetamine administration

Contexte: L’anhédonie, un état caractérisé par une capacité réduite d’éprouver du plaisir. Des études cliniques récentes montrent qu’un médicament antipsychotique atypique, la quétiapine, est bénéfique pour le traitement de la toxicomanie qui est supposé d’atténuer les symptômes de sevrage associés à l’usage abusif des drogues psychotropes. Le but de la présente étude était d’étudier les effets de l'administration aiguë de quétiapine sur la récompense chez des animaux en état de sevrage après un traitement chronique avec l’amphétamine. Notre hypothese est que la quetiapine va diminuer l’anhedonie causer par le sevrage. Méthodes: Les expériences ont été effectuées avec des rats mâles de la souche Sprague-Dawley entraînés à produire une réponse opérante pour obtenir une courte stimulation électrique au niveau de l'hypothalamus latéral. Des mesures du seuil de récompense ont été déterminées chez différents groupes de rats avant et pendant quatre jours après le traitement avec des doses croissantes (1 à 10 mg/kg, ip toutes les 8 heures) de d-amphétamine sulfate, ou de son véhicule, au moyen de la méthode du déplacement de la courbe. L’effet de deux doses de quétiapine a été testé 24 h après le sevrage chez des animaux traités avec l’amphétamine ou le véhicule. Résultats: Les animaux traités avec l’amphétamine ont montré une augmentation de 25% du seuil de récompense 24 h après la dernière injection, un effet qui a diminué progressivement entre le jour 1 et le jour 4, mais qui est resté significativement plus élevé en comparaison de celui du groupe contrôle. La quétiapine administrée à 2 et 10 mg/kg pendant la phase de sevrage (à 24 h) a produit une augmentation respective de 10 % et 25 % du seuil de recompense; le meme augmentation du seuil a été observe chez les animaux traitées avec le véhicule. Un augmentation de 25 % du seuil de recompense a aussi été observés chez les animaux en état de sevrage à l'amphétamine. Un test avec une faible dose d’amphétamine (1 mg/kg) avant et après le sevrage a révélé une légère tolérance à l’effet amplificateur de cette drogue sur la récompense, un phénomène qui pourrait expliquer l’effet différent de la quétiapine chez les animaux traités avec le véhicule et ceux traités avec l’amphétamine. Conclusions: Ces résultats reproduisent ceux des études précédentes montrant que la quétiapine produit une légère atténuation de la récompense. Ils montrent également que le sevrage à l’amphétamine engendre un léger état d'anhédonie et que dans cet état, une dose élevée de quetiapine et non pas une dose faible accentue l’état émotionnel négatif. Ils suggèrent qu’un traitement à faibles doses de quétiapine des symptômes de sevrage chez le toxicomane devrait ni aggraver ni améliorer son état émotionnel.

Estrogen withdrawal and liver fat accumulation : contribution of hepatic VLDL-TG production and effect of exercise training

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Epidemiological study on antimicrobial use and non-compliance with withdrawal times in broiler farms in Vietnam

L’utilisation d’antimicrobiens chez les animaux de consommation est une source de préoccupation importante pour la santé publique à travers le monde en raison de ses impacts potentiels sur l’émergence de micro-organismes résistants aux antimicrobiens et sur la présence de résidus antimicrobiens néfastes dans la viande. Cependant, dans les pays en développement, peu de données sont disponibles sur les pratiques d’utilisation des antimicrobiens à la ferme. Par conséquent, une étude épidémiologique transversale a été menée de juin à août 2011 dans des élevages de poulets de chair situés dans le sud du Vietnam, ayant pour objectifs de décrire la prévalence d’utilisation des antimicrobiens ajoutés à l’eau de boisson ou aux aliments à la ferme, et de tester les associations entre les caractéristiques des fermes et la non-conformité avec les périodes de retrait recommandés sur l’étiquette des produits. Un échantillon d’accommodement de 70 fermes a été sélectionné. Les propriétaires des fermes ont été interrogés en personne afin de compléter un questionnaire sur les caractéristiques des fermes et les pratiques d’utilisation d’antimicrobiens. Au cours des 6 mois précédant les entrevues, il a été rapporté que la colistine, la tylosine, l’ampicilline, l’enrofloxacine, la doxycycline, l’amoxicilline, la diavéridine et la sulfadimidine ont été utilisés au moins une fois dans les fermes échantillonnées, avec une fréquence descendante (de 75.7% à 30.0%). D’après deux scénarios de risque basés sur la comparaison de la période de retrait recommandée sur l’étiquette du produit et celle pratiquée à la ferme, de 14.3% à 44.3% des propriétaires de ferme interrogés n’ont pas respecté la période de retrait recommandée sur l’étiquette au moins une fois au cours des 6 derniers mois, et ce pour au moins un antimicrobien. Les facteurs de risque associés (p<0.05) avec une non-conformité avec la période de retrait recommandée sur l’étiquette pour au moins un des deux scénarios sont les suivants : élever des oiseaux qui n’appartiennent pas tous à des races d’origine asiatique, vacciner contre la bronchite infectieuse, avoir utilisé plus de 6 différents antimicrobiens à la ferme au cours des 6 derniers mois, et utiliser un mélange d’aliments fait maison et commerciaux. Nos résultats soulignent l’importance d’utiliser les antimicrobiens de façon judicieuse et en respectant les temps de retrait officiels, afin de protéger le consommateur contre les risques pour la santé causés par une exposition à des niveaux nocifs de résidus antimicrobiens.