The combined effects of diabetes and ionising radiation on the rat retina: an ultrastructural study

The combined effect of STZ-diabetes and ionising radiation on the rat retina was investigated. Wistar rats, which had been diabetic for 6 months, were irradiated with a single dose of x-rays (1500 cGy) and the ultrastructural effects evaluated at 4-10 mths post-irradiation. At 4 months post-irradiation, the outer nuclear layer of the retina was greatly reduced in thickness and the photoreceptor outer segments were disorganised and reduced in length. In addition, the nerve fibre layer contained many cytoid bodies and there were many redundant basement membrane tubes throughout the inner retina. By 6 months post-irradiation, the photoreceptor cells were virtually absent, bringing the external limiting membrane into close apposition to the RPE. Throughout large areas of the outer retina, RPE cells were hypertrophic and some had proliferated into the inner retina. In many regions, proliferating retinal capillaries were observed within the RPE layer, and at 8 months post-irradiation, some vessels extended into the inner retina accompanied by RPE cells. At 10 months post-irradiation, the RPE was atrophic and degenerative with retinal glial cells coming into contact with Bruch's membrane. In some areas, the glia which had breached Bruch's membrane had invaded the underlying choroid. Where glial cells contacted the choriocapillaries, the vessels assumed the appearance of retinal vessels with plump endothelia and no fenestrations. This study has described a progressive inner retinal ischemia, with cytoid bodies, capillary non-perfusion and general atrophy of the inner retina intensifying markedly with increasing post-irradiation time.(ABSTRACT TRUNCATED AT 250 WORDS)

Role of the receptor for advanced glycation endproducts (RAGE) in retinal vasodegenerative pathology during diabetes in mice

Aims/hypothesis
The receptor for AGEs (RAGE) is linked to proinflammatory pathology in a range of tissues. The objective of this study was to assess the potential modulatory role of RAGE in diabetic retinopathy.
Methods
Diabetes was induced in wild-type (WT) and Rage −/− mice (also known as Ager −/− mice) using streptozotocin while non-diabetic control mice received saline. For all groups, blood glucose, HbA1c and retinal levels of methylglyoxal (MG) were evaluated up to 24 weeks post diabetes induction. After mice were killed, retinal glia and microglial activation, vasopermeability, leucostasis and degenerative microvasculature changes were determined. 

Results
Retinal expression of RAGE in WT diabetic mice was increased after 12 weeks (p < 0.01) but not after 24 weeks. Rage −/− mice showed comparable diabetes but accumulated less MG and this corresponded to enhanced activity of the MG-detoxifying enzyme glyoxalase I in their retina when compared with WT mice. Diabetic Rage −/− mice showed significantly less vasopermeability, leucostasis and microglial activation (p < 0.05–0.001). Rage −/− mice were also protected against diabetes-related retinal acellular capillary formation (p < 0.001) but not against pericyte loss. 

Conclusions/interpretation Rage −/− in diabetic mice is protective against many retinopathic lesions, especially those related to innate immune responses. Inhibition of RAGE could be a therapeutic option to prevent diabetic retinopathy.

Differential regulation of hippocampal neurogenesis by nitric oxide following seizures

The fact that the adult brain is able to produce new neurons or glial cells from neural stem cells (NSC) became one of the most interesting and challenging fields of research in neuroscience. Endogenous adult neurogenesis occurs in two main regions of the brain: the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) in the dentate gyrus. Brain injury may be accompanied by increased neurogenesis, although neuroinflammation promotes the activation of microglial cells that can be detrimental to the neurogenic process. Nitric oxide (NO) is one of the factors released by microglia that can be proneurogenic. The mechanism by which NO promotes the proliferation of NSCs has been intensively studied. However, little is known about the role of NO in migration, survival and differentiation of the newborn cells. The aim of this work was to investigate the role of NO from inflammatory origin in proliferation, migration, differentiation and survival of NSCs from the dentate gyrus in a mouse model of status epilepticus. We also assessed neuroinflammation in the same injury model. Our work showed that NO increased proliferation of the early-born cells after seizures, but is detrimental for their survival. NO also increased migration of neuroblasts. Moreover, NO was important to maintain long-term neuroinflammation. Taken together, these results show that NO may be a good target to promote proliferation and migration of NSCs following seizures, but compromises survival of early-born cells.

Non-cell autonomous neuroprotective effect of carbon monoxide : microglia-to-neuron communication

RESUMO: A isquémia cerebral é uma das doenças mais predominantes a nivel mundial, sendo uma das principais causas de mortalidade e invalidez. Parte da propagação de dano no cérebro é causado por inflamação descontrolada, causada principalmente por disfunção da microglia. Desta forma, existe a necessidade de tentar desenvolver estratégias para melhor compreender e modular as acções destas células. O monóxido de carbono (CO), é uma molécula endógena com provas dadas como anti-neuroinflamatório em vários modelos. Assim, o principal objectivo do trabalho foi o estudo do CO como um modulador da acção da microglia, com principal foco dado à comunicação entre estas células e neurónios, tentando entender se existe um efeito neuroprotector por inibição da inflamação. Um protocolo de meio condicionado foi estabelecido usando as linhas celulares BV2 e SH-SY5Y, de microglia e neurónio. A molécula CORM-A1, que liberta expontaniamente CO, foi usada como método de entrega da molécula às celulas. Demonstrámos que o pre-tratamento de células BV2 com CORM-A1 gera neuroprotecção já que reduz a morte celular de neurónios SH-SY5Y quando são incubados com meio condicionado de microglia activada em conjunto com o pró-oxidante t-BHP (tert-butil hidroperóxido). Assim, considerámos que o CO promove neuroprotecção ao inibir as acções inflamatórias da microglia. O papel anti-inflamatório da molécula CORM-A1 foi confirmado quando se verificou que pré-tratamento desta molécula em microglia BV2 limita a secreção de TNF-α mas estimula a secreção de IL-10. Por último, a CORM-A1 induziu a expressão do receptor da microglia CD200R1, molécula que participa na comunicação neurónio-microglia e fundamental para a modulação das acções inflamatórias destas últimas. Em suma, o nosso trabalho reforçou as propriedades anti-neuroinflamatórias do CO e uma capacidade de modular viabilidade neuronal através do seu efeito a nível de comunicação célula-célula. ---------------------------- ABSTRACT: Brain ischemia is a widespread disease worldwide, being one of the main causes of mortality and permanent disability. A portion of the damage that ensues following the ischemic event is caused by unrestrained inflammation, which is mainly orchestrated by exacerbated microglial activity. Hence, developing strategies for modulating microglial inflammation is a major concern nowadays. The endogenous molecule carbon monoxide (CO) has been shown to possess anti-neuroinflammatory properties using in vitro and in vivo approaches. Thus, our objective was to study CO as modulator of microglial activity, in particular in what concerns their communication with neurons, by promoting neuronal viability and limiting inflammatory output of activated microglia. A conditioned media strategy was established with BV2 microglia and SH-SY5Y neurons as cell models. CO-releasing molecule A1 (CORM-A1), a compound that releases CO spontaneously, was used as method of CO delivery to cells. We found that CORM-A1 pre-treatment in BV2 cells yields neuroprotective results, as it limits cell death when SH-SY5Y neurons are challenged with conditioned media from LPS-activated microglia and the pro-oxidant t-BHP (tert-butyl-hydroperoxide). Thus, we assumed carbon monoxide promotes neuroprotection via inhibition of microglial inflammation, displaying a non-cell autonomous role. CORM-A1 pre-treatment limited inflammation by inhibiting BV2 secretion of TNF-α and stimulating IL-10 production. These results reinforce that CO’s anti-inflammatory role confers neuroprotection, as the alterations in these cytokines occur concurrently with the increase in SH-SY5Y viability. Finally, we showed for the first time that carbon monoxide promotes the expression of CD200R1, a microglial receptor involved in neuron-glia communication and modulation of microglia inflammation. Further studies are necessary to clarify this role. Altogether, other than just highlighting CO as an anti-inflammatory and neuroprotective molecule, this work set the foundation for disclosing its involvement in cell-to-cell communication.

Stem Cell Transplantation for Retinal Degenerations

Within the last few years, several reports have revealed that cell transplantation can be an effective way to replace lost neurons in the central nervous system (CNS) of patients affected with neurodegenerative diseases. Concerning the retina, the concept that newborn photoreceptors can integrate the retina and restore some visual functions was univocally demonstrated recently in the mouse eye (MacLaren et al. 2006) and remains to be achieved in human. These results pave the way to a standard approach in regenerative medicine aiming to replace lost photoreceptors. With the discovery of stem cells a great hope has appeared towards elaborating protocols to generate adequate cells to restore visual function in different retinal degeneration processes. Retinal stem cells (RSCs) are good candidates to repair the retina and are present throughout the retina development, including adulthood. However, neonatal mouse RSCs derived from the radial glia population have a different potential to proliferate and differentiate in comparison to adult RSCs. Moreover, we observed that adult mouse RSCs, depending on the culture conditions, have a marked tendency to transform, whereas neonatal RSCs show subtle chromosome abnormalities only after extensive expansion. These characteristics should help to identify the optimal cell source and culture conditions for cell transplantation studies. These results will be discussed in light of other studies using RSCs as well as embryonic stem cells. Another important factor to consider is the host environment, which plays a crucial role for cell integration and which was poorly studied in the normal and the diseased retina. Nonetheless, important results were recently generated to reconsider cell transplantation strategy. Perspectives to enhance cell integration by manipulating the environment will also be presented.

Comprehensive Expression Analyses of Neural Cell-Type-Specific miRNAs Identify New Determinants of the Specification and Maintenance of Neuronal Phenotypes.

MicroRNAs (miRNAs) have been shown to play important roles in both brain development and the regulation of adult neural cell functions. However, a systematic analysis of brain miRNA functions has been hindered by a lack of comprehensive information regarding the distribution of miRNAs in neuronal versus glial cells. To address this issue, we performed microarray analyses of miRNA expression in the four principal cell types of the CNS (neurons, astrocytes, oligodendrocytes, and microglia) using primary cultures from postnatal d 1 rat cortex. These analyses revealed that neural miRNA expression is highly cell-type specific, with 116 of the 351 miRNAs examined being differentially expressed fivefold or more across the four cell types. We also demonstrate that individual neuron-enriched or neuron-diminished RNAs had a significant impact on the specification of neuronal phenotype: overexpression of the neuron-enriched miRNAs miR-376a and miR-434 increased the differentiation of neural stem cells into neurons, whereas the opposite effect was observed for the glia-enriched miRNAs miR-223, miR-146a, miR-19, and miR-32. In addition, glia-enriched miRNAs were shown to inhibit aberrant glial expression of neuronal proteins and phenotypes, as exemplified by miR-146a, which inhibited neuroligin 1-dependent synaptogenesis. This study identifies new nervous system functions of specific miRNAs, reveals the global extent to which the brain may use differential miRNA expression to regulate neural cell-type-specific phenotypes, and provides an important data resource that defines the compartmentalization of brain miRNAs across different cell types.

Cells with neuronal characteristics differentiate and persist for one year in rat optic nerve explants cultures.

Evidence concerning the presence or absence of common neuronglia lineages in the postnatal mammalian central nervous system is still a matter of speculation. We address this problem using optic nerve explants, which show an extremely long survival in culture. Morphological, immunocytochemical and immunochemical methods were applied. The results obtained from in vitro tissue were compared with optic nerves (ONs) and whole-brain samples from animals of different ages. Newborn rat ONs represented the starting material of our tissue culture; they are composed of unmyelinated axons, astrocytes and progenitor cells but devoid of neuronal cell bodies. At this age, Western blots of ONs were positively stained by neurofilament and synapsin I specific antibodies. These bands increased in intensity during postnatal in situ development. In explant cultures, the glia cells reach a stage of functional differentiation and they maintain, together with undifferentiated cells, a complex histotypic organization. After 6 days in vitro, neurofilaments and synapsin I could not be detected on immunoblots, indicating that 1) axonal degeneration was completed, and 2) neuronal somata were absent at the time. Surprisingly, after about 4-5 weeks in culture, a new cell type appeared, which showed characteristics typical of neurons. After 406 days in vitro, neurofilaments and synapsin I were unequivocally detectable on Western blots. Furthermore, both immunocytochemical staining and light and electron microscopic examinations corroborated the presence of this earlier-observed cell type. These in vitro results clearly show the high developmental plasticity of ON progenitor cells, even late in development. The existence of a common neuron-glia precursor, which never gives rise to neurons in situ, is suggested.

Compartmentalized Cerebral Metabolism of [1,6-(13)C]Glucose Determined by in vivo (13)C NMR Spectroscopy at 14.1 T.

Cerebral metabolism is compartmentalized between neurons and glia. Although glial glycolysis is thought to largely sustain the energetic requirements of neurotransmission while oxidative metabolism takes place mainly in neurons, this hypothesis is matter of debate. The compartmentalization of cerebral metabolic fluxes can be determined by (13)C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upon infusion of (13)C-enriched compounds, especially glucose. Rats under light α-chloralose anesthesia were infused with [1,6-(13)C]glucose and (13)C enrichment in the brain metabolites was measured by (13)C NMR spectroscopy with high sensitivity and spectral resolution at 14.1 T. This allowed determining (13)C enrichment curves of amino acid carbons with high reproducibility and to reliably estimate cerebral metabolic fluxes (mean error of 8%). We further found that TCA cycle intermediates are not required for flux determination in mathematical models of brain metabolism. Neuronal tricarboxylic acid cycle rate (V(TCA)) and neurotransmission rate (V(NT)) were 0.45 ± 0.01 and 0.11 ± 0.01 μmol/g/min, respectively. Glial V(TCA) was found to be 38 ± 3% of total cerebral oxidative metabolism, accounting for more than half of neuronal oxidative metabolism. Furthermore, glial anaplerotic pyruvate carboxylation rate (V(PC)) was 0.069 ± 0.004 μmol/g/min, i.e., 25 ± 1% of the glial TCA cycle rate. These results support a role of glial cells as active partners of neurons during synaptic transmission beyond glycolytic metabolism.

Do glial cells control pain?

Management of chronic pain is a real challenge, and current treatments focusing on blocking neurotransmission in the pain pathway have only resulted in limited success. Activation of glia cells has been widely implicated in neuroinflammation in the central nervous system, leading to neruodegeneration in many disease conditions such as Alzheimer's and multiple sclerosis. The inflammatory mediators released by activated glial cells, such as tumor necrosis factor-α and interleukin-1β can not only cause neurodegeneration in these disease conditions, but also cause abnormal pain by acting on spinal cord dorsal horn neurons in injury conditions. Pain can also be potentiated by growth factors such as BDNF and bFGF that are produced by glia to protect neurons. Thus, glia cells can powerfully control pain when they are activated to produce various pain mediators. We will review accumulating evidence supporting an important role of microglia cells in the spinal cord for pain control under injury conditions (e.g. nerve injury). We will also discuss possible signaling mechanisms in particular MAP kinase pathways that are critical for glia control of pain. Investigating signaling mechanisms in microglia may lead to more effective management of devastating chronic pain.

Neuroprotection for optic nerve disorders.

The concept that optic nerve fiber loss might be reduced by neuroprotection arose in the mid 1990s. The subsequent research effort, focused mainly on rodent models, has not yet transformed into a successful clinical trial, but provides mechanistic understanding of retinal ganglion cell death and points to potential therapeutic strategies. This review highlights advances made over the last year. In excitotoxicity and axotomy models retinal ganglion cell death has been shown to result from a complex interaction between retinal neurons and Müller glia, which release toxic molecules including tumor necrosis factor alpha. This counteracts neuroprotection by neurotrophins such as nerve growth factor, which bind to p75NTR receptors on Müller glia stimulating the toxic release. Another negative effect against neurotrophin-mediated protection involves the action of LINGO-1 at trkB brain-derived neurotrophic factor (BDNF) receptors, and BDNF neuroprotection is enhanced by an antagonist to LINGO-1. As an alternative to pharmacotherapy, retinal defences can be stimulated by exposure to infrared radiation. The mechanisms involved in glaucoma and other optic nerve disorders are being clarified in rodent models, focusing on retrograde degeneration following axonal damage, excitotoxicity and inflammatory/autoimmune mechanisms. Neuroprotective strategies are being refined in the light of the mechanistic understanding.

Le rôle des cellules gliales de Müller dans la mort des cellules ganglionnaires de la rétine par des mécanismes cellulaires non-autonomes

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques.

Étude ultrastructurale et développementale du récepteur EphA4 dans l’hippocampe du rat

Afin de mieux comprendre l’évolution des fonctions du récepteur EphA4 pendant le développement du système nerveux central (SNC), nous avons étudié sa localisation cellulaire et subcellulaire dans l’hippocampe du rat, d’abord chez l’adulte, puis pendant le développement postnatal, ainsi que ses rôles potentiels dans la genèse, la migration ou la maturation des cellules granulaires dans l’hippocampe adulte. Pour ce faire, nous avons utilisé la méthode d’immunocytochimie en microscopie photonique, électronique et confocale. En microscopie photonique, une forte immunoréactivité (peroxydase/DAB) pour EphA4 est observée aux jours 1 et 7 suivant la naissance (P1 et P7) dans les couches de corps cellulaires, avec un marquage notamment associé à la surface des corps cellulaires des cellules granulaires et pyramidales, ainsi que dans les couches de neuropile du gyrus dentelé et des secteurs CA3 et CA1. L’intensité du marquage diminue progressivement dans les couches de corps cellulaires, entre P7 et P14, pour devenir faible à P21 et chez l’adulte, tandis qu’elle persiste dans les couches de neuropile, sauf celles qui reçoivent des afférences du cortex entorhinal. En microscopie électronique, après marquage à la peroxydase/DAB, EphA4 décore toute la surface des cellules pyramidales et granulaires, du corps cellulaire jusqu’aux extrémités distales, entre P1 et P14, pour devenir confiné aux extrémités synaptiques, c’est-à-dire les terminaisons axonales et les épines dendritiques, à P21 et chez l’adulte. À la membrane plasmique des astrocytes, EphA4 est redistribué comme dans les neurones, marquant le corps cellulaire et ses prolongements proximaux à distaux, à P1 et P7, pour devenir restreint aux prolongements périsynaptiques distaux, à partir de P14. D’autre part, des axones en cours de myélinisation présentent souvent une forte immunoréactivité punctiforme à leur membrane plasmique, à P14 et P21. En outre, dans les neurones et les astrocytes, le réticulum endoplasmique, l’appareil de Golgi et les vésicules de transport, organelles impliquées dans la synthèse, la modification posttraductionnelle et le transport des protéines glycosylées, sont aussi marqués, et plus intensément chez les jeunes animaux. Enfin, EphA4 est aussi localisé dans le corps cellulaire et les dendrites des cellules granulaires générées chez l’adulte, au stade de maturation où elles expriment la doublecortine (DCX). De plus, des souris adultes knockouts pour EphA4 présentent des cellules granulaires DCX-positives ectopiques, c’est-à-dire positionnées en dehors de la zone sous-granulaire, ce qui suggère un rôle d’EphA4 dans la régulation de leur migration. Ces travaux révèlent ainsi une redistribution d’EphA4 dans les cellules neuronales et gliales en maturation, suivant les sites cellulaires où un remodelage morphologique s’effectue : les corps cellulaires lorsqu’ils s’organisent en couches, les prolongements dendritiques et axonaux pendant leur croissance, guidage et maturation, puis les épines dendritiques, les terminaisons axonales et les prolongements astrocytaires distaux associés aux synapses excitatrices, jusque chez l’adulte, où la formation de nouvelles synapses et le renforcement des connexions synaptiques existantes sont exercés. Ces localisations pourraient ainsi correspondre à différents rôles d’EphA4, par lesquels il contribuerait à la régulation des capacités plastiques du SNC, selon le stade développemental, la région, l’état de santé, ou l’expérience comportementale de l’animal.

Étude du rôle de Pax6 dans la gliogenèse

Les astrocytes sont des cellules gliales présentes dans le système nerveux central, qui exercent de nombreuses fonctions physiologiques essentielles et sont impliquées dans la réponse aux lésions et dans plusieurs pathologies du cerveau. Les astrocytes sont générés par les cellules de la glie radiale, les précurseurs communs de la plupart des cellules neuronales et gliales du cerveau, après le début de la production des neurones. Le passage de la neurogenèse à la gliogenèse est le résultat de mécanismes moléculaires complexes induits par des signaux intrinsèques et extrinsèques responsables du changement de propriété des précurseurs et de leur spécification. Le gène Pax6 code pour un facteur de transcription hautement conservé, impliqué dans plusieurs aspects du développement du système nerveux central, tels que la régionalisation et la neurogenèse. Il est exprimé à partir des stades les plus précoces dans les cellules neuroépithéliales (les cellules souches neurales) et dans la glie radiale, dérivant de la différenciation de ces cellules. L’objectif de cette étude est d’analyser le rôle de Pax6 dans la différenciation et dans le développement des astrocytes. À travers l’utilisation d’un modèle murin mutant nul pour Pax6, nous avons obtenu des résultats suggérant que la suppression de ce gène cause l'augmentation de la prolifération et de la capacité d'auto-renouvellement des cellules souches neurales embryonnaires. In vitro, les cellules mutantes prolifèrent de façon aberrante et sous-expriment les gènes p57Kip2, p16Ink4a, p19Arf et p21Cip1, qui inhibent la progression du le cycle cellulaire. De plus, Pax6 promeut la différenciation astrocytaire des cellules souches neurales embryonnaires et est requis pour la différenciation des astrocytes dans la moëlle épinière. Les mutants nuls pour Pax6 meurent après la naissance à cause de graves défauts développementaux dus aux fonctions essentielles de ce gène dans le développement embryonnaire de plusieurs organes. En utilisant un modèle murin conditionnel basé sur le système CRE/ loxP (hGFAP-CRE/ Pax6flox/flox) qui présente l’inactivation de Pax6 dans les cellules de la glie radiale, viable après la naissance, nous avons montré que Pax6 est impliqué dans la maturation et dans le développement post-natal des astrocytes. Le cortex cérébral des souris mutantes conditionnelles ne présente pas d’astrocytes matures à l’âge de 16 jours et une très faible quantité d’astrocytes immatures à l’âge de trois mois, suggérant que Pax6 promeut la différenciation et la maturation des astrocytes. De plus, Pax6 semble jouer un rôle même dans le processus de différenciation et de maturation de cellules gliales rétiniennes. L’étude des gènes et des mécanismes moléculaires impliqués dans la génération des astrocytes est crucial pour mieux comprendre le rôle physiologique et les altérations pathologiques des ces cellules.

Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Rôle du récepteur EphA4 dans la plasticité structurale neurono-gliale du noyau supraoptique à la suite d’un régime à l’eau salée

Les noyaux supraoptiques (NSO) et paraventriculaires (NPV) de l’hypothalamus montrent un phénomène réversible de plasticité structurale neurono-gliale dans diverses conditions physiologiques telles que la parturition, l’allaitement ou lors d’une surcharge en sel. En effet, les feuillets astrocytaires qui enveloppent normalement les somas et dendrites des neurones à ocytocine (OT) ou à vasopressine (AVP) se rétractent alors, autour des neurones à OT, laissant place à la formation de nouvelles synapses, surtout GABAergiques. Nous avons émis l’hypothèse voulant que ces mouvements cellulaires soient régulés par des molécules connues pour leurs rôles dans l’adhérence et la motilité cellulaires, notamment les récepteurs Eph et les éphrines (Efn). Nous avons étudié le rôle de l’un de ces récepteurs, EphA4, un récepteur à tyrosine kinase reconnaissant l’ensemble des Efn, A ou B, puis tenté d’identifier les Efn partenaires dans le NSO, à la suite d’une surcharge en sel. Pour démontrer la présence d’EphA4 dans le NSO et déterminer l’effet d’une surcharge en sel sur son expression et sa localisation, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie en microscopie électronique, sur des coupes de cerveaux de souris ou rats traités ou non à l’eau salée pendant 1-7 j, avec des ribosondes ou des anticorps spécifiques pour EphA4. Ces travaux ont démontré une augmentation de l’expression d’EphA4 dans le NSO, notamment dans des dendrites, après le régime salé. La distribution de cette expression correspondait à celle des neurones OT et était absente de la glia limitans. Nous avons ensuite déterminé l’effet d’une absence d’EphA4 sur les mouvements astrocytaires et la synaptogènese autour des dendrites à OT et AVP, en utilisant des souris EphA4 knockouts et des souris de type sauvage des mêmes portées. Nous avons ainsi mesuré la couverture astrocytaire des dendrites OT ou AVP, identifiées par immunocytochimie anti-OT ou anti-AVP, en microscopie électronique. Ces mesures ont confirmé la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse autour des dendrites OT, mais pas autour des dendrites AVP, chez les souris de type sauvage, et démontré que la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse sur les dendrites OT ne se produisait pas chez les souris knockouts soumises à la surcharge en sel. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle d’EphA4 dans cette plasticité structurale neurono-gliale. Afin d’identifier l’Efn partenaire d’EphA4 dans cette fonction, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie pour les EfnB3 et -A3. L’hybridation in situ n’a pas démontré d’expression de l’EfnB3 dans le NSO, tandis que les résultats pour l’EfnA3 restent à quantifier. Cependant, l’immunohistochimie anti-EfnA3 montre un marquage d’astrocytes dans le NSO et la glia limitans, marquage qui semble augmenter après surcharge en sel, mais il reste à démontrer que l’anticorps anti-EfnA3 est bien spécifique et à quantifier les éventuels changements sur un plus grand nombre d’animaux. L’ensemble de ces observations démontre un rôle du récepteur EphA4 dans les mécanismes à la base des changements structuraux neurono-gliaux du NSO et pointe vers l’EfnA3 comme partenaire d’EphA4 dans ce modèle.