Fluorometric monitoring of the properties of proteins entrapped in sol-gel derived matrices

The successful development of stable biosensors incorporating entrapped proteins suffers from poor understanding of the properties of the entrapped biomolecules. This thesis reports on the use of fluorescence spectroscopy to investigate the properties of proteins entrapped in sol-gel processed silicate materials. Two different single tryptophan (Trp) proteins were investigated in this thesis, the Ca2 + binding protein cod III parvalbumin (C3P) and the salicylate binding protein human serum albumin (HSA). Furthermore, the reactive single cysteine (Cys) residue within C3P and HSA were labelled with the probes iodoacetoxynitrobenzoxadiazole (C3P) and acrylodan (C3P and HSA) to further examine the structure, stability and function of the free and entrapped proteins. The results show that both C3P and HSA can be successfully entrapped into sol-gelderived matrices with retention of function and conformational flexibility.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Impact d’un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions sur le développement des interneurones corticaux : rôle de l’adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)

L’encéphalopathie hypoxique-­‐ischémique cause des milliers de victimes à travers le monde chaque année. Les enfants survivants à un épisode hypoxique-­‐ischémique sont à risque de développer des problèmes neurologiques incapacitants comme une paralysie cérébrale, un retard mental, une épilepsie ou des troubles d’ordre comportemental. Les modèles animaux ont amélioré nos connaissances sur les mécanismes sous-­‐jacents aux dommages cérébraux, mais elles sont encore trop incomplètes pour être capables de prévenir les problèmes neurologiques. Ce projet vise à comprendre l’impact d’un épisode asphyxique périnatale associé à des convulsions ainsi que l’activation de l’adenosine monophosphate-­‐activated protein kinase (AMPK) sur les circuits GABAergiques inhibiteurs en développement chez la souris. Dans le but d’investiguer le sort des neurones inhibiteurs, appelés interneurones, suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions avec des animaux transgéniques, nous avons pris avantage d’un nouveau modèle d’hypoxie permettant d’induire des convulsions chez la souris. Deux populations d’interneurones représentant ensemble environ 60% de tous les interneurones corticaux ont été étudiées, soit les cellules exprimant la parvalbumine (PV) et les cellules exprimant la somatostatine (SOM). L’étude stéréologique n’a montré aucune mort neuronale de ces deux populations d’interneurones dans l’hippocampe chez les souris hypoxique d’âge adulte. Par contre, le cortex des souris hypoxiques présentait des zones complètement ou fortement dépourvues de cellules PV alors que les cellules SOM n’étaient pas affectées. L’utilisation d’une lignée de souris transgénique exprimant une protéine verte fluorescente (GFP) dans les cellules PV nous a permis de comprendre que les trous PV sont le reflet de deux choses : 1) une diminution des cellules PV et 2) une immaturité des cellules PV restantes. Puisque les cellules PV sont spécifiquement affectées dans la première partie de notre étude, nous avons voulu étudier les mécanismes moléculaires sous-­‐jacents à cette vulnérabilité. L’AMPK est un senseur d’énergie qui orchestre le rétablissement des i niveaux d’énergie cellulaire dans le cas d’une déplétion énergétique en modulant des voies de signalisation impliquant la synthèse de protéines et l’excitabilité membranaire. Il est possible que l’activation d’AMPK suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions soit néfaste à long-­‐terme pour le circuit GABAergique en développement et modifie l’établissement de l’innervation périsomatique d’une cellule PV sur les cellules pyramidales. Nous avons étudié cette hypothèse dans un modèle de culture organotypique en surexprimant la forme wild-­‐type (WT) de la sous-­‐unité α2 d’AMPK, ainsi qu’une forme mutée dominante négative (DN), dans des cellules PV individuelles. Nous avons montré que pendant la phase de formation synaptique (jours post-­‐natals équivalents EP 10-­‐18), la surexpression de la forme WT désorganise la stabilisation des synapses. De plus, l’abolition de l’activité d’AMPK semble augmenter le nombre de synapses périsomatiques faits par la cellule PV sur les cellules pyramidales pendant la phase de formation et semble avoir l’effet inverse pendant la phase de maturation (EP 16-­‐24). La neurotransmission GABAergique joue plusieurs rôles dans le cerveau, depuis la naissance jusqu’à l’âge adulte des interneurones, et une dysfonction des interneurones a été associée à plusieurs troubles neurologiques, comme la schizophrénie, l’autisme et l’épilepsie. La maturation des circuits GABAergiques se fait majoritairement pendant la période post-­‐natale et est hautement dépendante de l’activité neuronale et de l’expérience sensorielle. Nos résultats révèlent que le lourd fardeau en demande énergétique d’un épisode asphyxique périnatal peut causer une mort neuronale sélective des cellules PV et compromettre l’intégrité de leur maturation. Un des mécanismes sous-­‐ jacents possible à cette immaturité des cellules PV suite à l’épisode hypoxique est l’activation d’AMPK, en désorganisant leur profil d’innervation sur les cellules pyramidales. Nous pensons que ces changements dans le réseau GABAergique pourrait contribuer aux problèmes neurologiques associés à une insulte hypoxique.

Investigation de l'implication des neurones GABAergiques exprimant la parvalbumine dans les déficits cognitifs associés aux délétions du gène Cacna1a.

Les mutations du gène CACNA1A, encodant la sous-unité α du canal calcique voltage-dépendant CaV2.1, causent l’ataxie épisodique de type 2 (EA2) chez l’humain. Nous avons investigué une cohorte de 16 patients de quatre familles canadiennes-françaises porteurs de mutations induisant une perte de fonction du gène CACNA1A. Outre une ataxie épisodique et un risque élevé d’épilepsie, la majorité de ces patients présentait des symptômes neurocognitifs incluant de l’inattention, des troubles d’apprentissage et une rigidité cognitive. Nous avons récemment démontré qu’une délétion sélective de Cacna1a dans les interneurones (INs) GABAergiques corticaux induit une dysfonction synaptique des IN exprimant la parvalbumine (PV) et suffit à induire une épilepsie généralisée. Cependant, les mécanismes sous-tendant l’atteinte cognitive associée aux délétions du gène CACNA1A sont inconnus. Nous postulons que la perte sélective d’inhibition périsomatique corticale résultant de la dysfonction synaptique des IN PV contribue aux déficits cognitifs associés aux délétions de Cacna1a. Afin d’investiguer cette hypothèse, nous avons généré une lignée de souris mutantes portant une délétion hétérozygote conditionnelle de Cacna1a restreinte aux populations neuronales exprimant la PV (PVcre; Cacna1ac/+). En couplant optogénétique et électrophysiologie, nous avons démontré que cette mutation affecte significativement l’inhibition des cellules pyramidales du cortex orbitofrontal par les IN PV. Nous avons de plus démontré que les mutants PVcre; Cacna1ac/+ présentent des troubles d’impulsivité et de rigidité cognitive dans différents paradigmes comportementaux. En conclusion, nos travaux suggèrent qu’une haploinsuffisance de Cacna1a engendre des déficits cognitifs et comportementaux en partie imputables à une dysfonction de l’inhibition périsomatique au niveau des circuits orbitofrontaux.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

The neurochemically diverse intermedius nucleus of the medulla as a source of excitatory and inhibitory synaptic input to the nucleus tractus solitarii

Sensory afferent signals from neck muscles have been postulated to influence central cardiorespiratory control as components of postural reflexes, but neuronal pathways for this action have not been identified. The intermedius nucleus of the medulla (InM) is a target of neck muscle spindle afferents and is ideally located to influence such reflexes but is poorly investigated. To aid identification of the nucleus, we initially produced three-dimensional reconstructions of the InM in both mouse and rat. Neurochemical analysis including transgenic reporter mice expressing green fluorescent protein in GABA-synthesizing neurons, immunohistochemistry, and in situ hybridization revealed that the InM is neurochemically diverse, containing GABAegric and glutamatergic neurons with some degree of colocalization with parvalbumin, neuronal nitric oxide synthase, and calretinin. Projections from the InM to the nucleus tractus solitarius (NTS) were studied electrophysiologically in rat brainstem slices. Electrical stimulation of the NTS resulted in antidromically activated action potentials within InM neurons. In addition, electrical stimulation of the InM resulted in EPSPs that were mediated by excitatory amino acids and IPSPs mediated solely by GABA(A) receptors or by GABA(A) and glycine receptors. Chemical stimulation of the InM resulted in (1) a depolarization of NTS neurons that were blocked by NBQX (2,3-dioxo-6-nitro-1,2,3,4-tetrahydrobenzo[f]quinoxaline-7-sulfonoamide) or kynurenic acid and (2) a hyperpolarization of NTS neurons that were blocked by bicuculline. Thus, the InM contains neurochemically diverse neurons and sends both excitatory and inhibitory projections to the NTS. These data provide a novel pathway that may underlie possible reflex changes in autonomic variables after neck muscle spindle afferent activation.

TRPV1 receptors modulate retinal development

We investigated the possible participation of TRPV1 channels in retinal apoptosis and overall development. Retinas from newborn, male albino rats were treated in vitro with capsazepine, a TRPV1 antagonist. The expression of cell cycle markers was not changed after TRPV1 blockade, whereas capsazepine reduced the number of apoptotic cells throughout the retina,increased ERK1/2 and p38 phosphorylation and slightly reduced JNK phosphorylation. The expression of BAD, Bcl-2, as well as integral and cleaved capsase-3 were similar in all experimental conditions. Newborn rats were kept for 2 months after receiving high doses of capsazepine. In their retinas, calbindin and parvalbumin protein levels were upregulated, but only the number of amacrine-like, parvalbumin-positive cells was increased. The numbers of calretinin, calbindin, ChAT, vimentin, PKC-alpha and GABA-positive cells were similar in both conditions. Protein expression of synapsin Ib was also increased in the retinas of capsazepine-treated rats. Calretinin, vimentin, GFAP, synapsin Ia, synaptophysin and light neurofilament protein levels were not changed when compared to control values. Our results indicate that TRPV1 channels play a role in the control of the early apoptosis that occur during retinal development, which might be dependent on MAPK signaling. Moreover, it seems that TRPV1 function might be important for neuronal and synaptic maturation in the retina. (C) 2011 ISDN. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.

Calcium-binding proteins in the circadian centers of the common marmoset (Callithrix jacchus) and the rock cavy (Kerodon rupestris) brains

The hypothalamic suprachiasmatic nucleus (SCN) and the thalamic intergeniculate leaflet (IGL) are considered to be the main centers of the mammalian circadian timing system. In primates, the IGL is included as part of the pregeniculate nucleus (PGN), a cell group located mediodorsally to the dorsal lateral geniculate nucleus. This work was carried out to comparatively evaluate the immunohistochemical expression of the calcium-binding proteins calbindin D-28k (CB), parvalbumin (PV), and calretinin (CR) into the circadian brain districts of the common marmoset and the rock cavy. In both species, although no fibers, terminals or perikarya showed PV-immunoreaction (IR) into the SCN, CB-IR perikarya labeling was detected throughout the SCN rostrocaudal extent, Seeming to delimit its cytoarchitectonic borders. CR-IR perikarya and neuropil were noticed into the ventral and dorsal portions of the SCN, lacking immunoreactivity in the central core of the marmoset and filling the entire nucleus in the rockcavy. The PGN of the marmoset presented a significant number of CB-, PV-, and CR-IR perikarya throughout the nucleus. The IGL of the rocky cavy exhibited a prominent CB- and CR-IR neuropil, showing similarity to the pattern found in other rodents. By comparing with literature data from other mammals, the results of the present study suggest that CB, PV, and CR are differentially distributed into the SCN and IGL among species. They may act either in concert or in a complementary manner in the SCN and IGL, so as to participate in specific aspects of the circadian regulation. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Moderate exercise changes synaptic and cytoskeletal proteins in motor regions of the rat brain

Physical exercise is known to enhance brain function in several aspects. We evaluated the acute effects of a moderate forced exercise protocol on synaptic proteins, namely synapsin 1 (SYN) and synaptophysin (SYP), and structural proteins (neurofilaments, NFs) in rat brain regions related to motor function and often affected by neurodegenerative disorders. Immunohistochemistry, Western blotting and real-time PCR were used to analyze the expression of those proteins after 3, 7 and 15 days of exercise (EX3, EX7 and EX15). In the cerebellum, increase of SYN was observed at EX7 and EX15 and of NF68 at EX3. In the substantia nigra, increases of protein levels were observed for NF68 and NF160 at EX3. In the striatum, there was an increase of SYN at EX3 and EX7, of SYP at EX7 and of NF68 at EX3. In the cortex, decreased levels of NF68 and NF160 were observed at EX3, followed by an increase of NF68 at EX15. In the reticular formation, all NF proteins were increased at EX15. The mRNA data for each time-point and region also revealed significant exercise-related changes of SYN, SYP and NF expression. These results suggest that moderate physical exercise modulates synaptic and structural proteins in motor brain areas, which may play an important role in the exercise-dependent brain plasticity. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caracterização comportamental e distribuição de neurônios inibitórios em um modelo animal de autismo induzido por ácido valpróico

Autism comprises a heterogeneous group of neurodevelopmental disorders that affects the brain maturation and produces sensorial, motor, language and social interaction deficits in early childhood. Several studies have shown a major involvement of genetic factors leading to a predisposition to autism, which are possibly affected by environmental modulators during embryonic and post-natal life. Recent studies in animal models indicate that alterations in epigenetic control during development can generate neuronal maturation disturbances and produce a hyper-excitable circuit, resulting in typical symptoms of autism. In the animal model of autism induced by valproic acid (VPA) during rat pregnancy, behavioral, electrophysiological and cellular alterations have been reported which can also be observed in patients with autism. However, only a few studies have correlated behavioral alterations with the supposed neuronal hyper-excitability in this model. The aim of this project was to generate an animal model of autism by pre-natal exposure to VPA and evaluate the early post-natal development and pre-puberal (PND30) behavior in the offspring. Furthermore, we quantified the parvalbumin-positive neuronal distribution in the medial prefrontal cortex and Purkinje cells in the cerebellum of VPA animals. Our results show that VPA treatment induced developmental alterations, which were observed in behavioral changes as compared to vehicle-treated controls. VPA animals showed clear behavioral abnormalities such as hyperlocomotion, prolonged stereotipies and reduced social interaction with an unfamiliar mate. Cellular quantification revealed a decrease in the number of parvalbumin-positive interneurons in the anterior cingulate cortex and in the prelimbic cortex of the mPFC, suggesting an excitatory/inhibitory unbalance in this animal model of autism. Moreover, we also observed that the neuronal reduction occurred mainly in the cortical layers II/III and V/VI. We did not detect any change in the density of Purkinje neurons in the Crus I region of the cerebellar cortex. Together, our results strengthens the face validity of the VPA model in rats and shed light on specific changes in the inhibitory circuitry of the prefrontal cortex in this autism model. Further studies should address the challenges to clarify particular electrophysiological correlates of the cellular alterations in order to better understand the behavioral dysfunctions

Caracterização de subpopulações de interneurônios imunorreativos para proteínas ligantes de cálcio no córtex pré-frontal do Sagui (Callithrix jacchus): distribuição e morfologia

Cortical interneurons are characterized by their distinct morphological, physiological and biochemical properties, acting as modulators of the excitatory activity by pyramidal neurons, for example. Various studies have revealed differences in both distribution and density of this cell group throughout distinct cortical areas in several species. A particular class of interneuron closely related to cortical modulation is revealed by the immunohistochemistry for calcium binding proteins calbindin (CB), calretinina (CR) and parvalbumin (PV). Despite the growing amount of studies focusing on calcium binding proteins, the prefrontal cortex of primates remains relatively little explored, particularly in what concerns a better understanding of the organization of the inhibitory circuitry across its subdivisions. In the present study we characterized the morphology and distribution of neurons rich in calcium-binding proteins in the medial, orbital and dorsolateral areas of the prefrontal cortex of the marmoset (Callithrix jacchus). Using both morphometric and stereological techniques, we found that CR-reactive neurons (mainly double bouquet and bipolar cells) have a more complex dendritic arborization than CB-reactive (bitufted and basket cells) and PV-reactive neurons (chandelier cells). The neuronal densities of CR- and CB-reactive cells are higher in the supragranular layers (II/III) whilst PV-reactive neurons, conversely, are more concentrated in the infragranular layers (V/VI). CR-reactive neurons were the predominant group in the three regions evaluated, being most prevalent in dorsomedial region. Our findings point out to fundamental differences in the inhibitory circuitry of the different areas of the prefrontal cortex in marmoset

Centros rombencefálicos de processamento auditivo do sagui (Callithrix jacchus): uma análise citoarquitetônica e neuroquímica

The auditory system is composed by a set of relays from the outer ear to the cerebral cortex. In mammals, the central auditory system is composed by cochlear nuclei, superior olivary complex, inferior colliculus and medial geniculate body. In this study, the auditory rombencephalic centers, the cochlear nuclear complex and the superior olivary complex were evaluated from the cytoarchitecture and neurochemical aspects, thorough Nissl staining and immunohistochemical techniques to reveal specific neuron nuclear protein (NeuN), glutamate (Glu), glutamic acid decarboxilase (GAD), enkephalin (ENK), serotonin (5-HT), choline acetyltransferase (ChAT) and calcium-binding proteins calbindin (CB), calretinin (CR), and parvalbumin (PV). The common marmoset (Callithrix jacchus), a little native primate of the Brazilian atlantic forest was used as an experimental animal. As results, it was noted that the cochlear nuclear complex is composed by anteroventral, posteroventral and dorsal nuclei, and the superior olivary complex is constituted by the lateral and medial superior olivary nuclei and the trapezoid body nucleus. Glu, GAD, ENK, ChAT, CB, CR, PV-immunoreactive cells, fibers and terminals besides besides only 5-HT terminals were found unhomogeneously in all nuclei, of both complex. The emerging data are discussed in a comparative and functional context, and represent an important contribution to knowledge of the central auditory pathways in the common marmoset, and then in primates

O Núcleo genuíno lateral dorsal do tálamo do sagüi (callithrix jacchus): Pprojeção retiniana, caracterização citoarquitetônica e neuroquimica da principal estação visual primária.

The thalamus plays an important role in the sensorial processing information, in this particular case, the visual information. Several neuronal groups have been characterized as conductors and processors of important sensorial information to the cerebral cortex. The lateral geniculate complex is one to them, and appears as a group very studied once it is responsible, in almost all totality, for the processing of visual information. Among the nuclei that constitute the lateral geniculate complex we highlight the dorsal lateral geniculate nucleus of the thalamus (DLG), the main thalamic relay for the visual information. This nucleus is located rostral and lateral to medial geniculate nucleus and ventral to thalamic pulvinar nucleus in most of the mammals. In the primates humans and non-humans, it presents as a laminate structure, arranged in layers, when observed in coronal sections. The objective of this work was to do a mapping of the retinal projections and a citoarchictetonic and neurochemical characterization of DLG in the marmoset (Callithrix jacchus), a New World primate. The retinal projections were traced by anterograde transport of subunit b of cholera toxin (CTb), the citoarchicteture was described by Nissl method, and to neurochemical characterization immunohistochemicals technical were used to examine the main neurotransmitters and neuroatives substances present in this neural center. In DGL of marmoset thalamus, in coronal sections labeled by Nissl method, was possible to visualize the division of this nucleus in four layers divided in two portions: magnocellular and parvocellular. The retinal projections were present being visualized fibers and terminals immunorreactives to CTb (IR-CTb) in the DLG ipsilateral and contralateral. And through the immunohistochemicals techniques was observed that DLG contain cells, fibers and/or terminals immunoreactives against neuronal nuclear protein, subunits of AMPA 15 glutamate receptors (GluR1, GluR2/3, GluR4), choline acetyltransferase, serotonin, glutamic acid decarboxylase, binding calcium proteins (calbindin, parvalbumin and calretinin), vasopressin, vasoactive intestinal polypeptide, and an astrocyte protein, glial fibrillary acidic protein.

Caracterização citoarquitetônica, neuroquímica e de aferência óptica do complexo parabraquial do sagui (Callithrix jacchus)

The parabrachial complex (PB) is an area of the brainstem responsible for the processing and transmission of essential physiologic information for the survival of the organisms. This region is subdivided in approximately nine subregions, considering morphology, cytoarchitectural and functional characteristic. Its neurons have an extensive network of connections with other regions of the nervous system. The objective in this work was to map the retinal projection to the PB and make a citoarchitectonic and neurochemical characterization of this region in the common marmoset (Callithrix jacchus), a primate of the New World. The retinal projections were mapped by anterograde transport of the choleric toxin subunit b (CTb). The citoarchitecture was described through the Nissl method, and the neurochemical characterization was made through immunohistochemical technique to the some neurotransmitters and neuroactives substances present in this neural center. In marmoset PB, in the coronal sections labeled by Nissl method, we found a similar pattern to that evidenced in other animal species. The immunoreactivity against CTb was verified in the PBMv in fibers/terminal, characterizing such as retinal innervations in this area. The immunohistochemical technique reveled that the PB contain cells, fibers and/or terminals immunoreactives to the neuronal nuclear protein, Choline acetyl transferase, nitric oxide synthase, serotonin, enkephalin, substance P, Calcium-binding proteins (calbindin, calretinin e parvalbumin), and glial fibrillary acidic protein. The histochemical technique reveled cells and fibers NADPH-diaphorase reactive. Each one of those substances presented a characteristic pattern of demarcation in PB, and some serve as specific markers of subregions

Chronic administration of risperidone in a rat model of schizophrenia: A behavioural, morphological and molecular study

In the present work we analyzed the effect of the chronic administration of risperidone (2mg/kg over 65 days) on behavioural, morphological and molecular aspects in an experimental model of schizophrenia obtained by bilateral injection of ibotenic acid into the ventral hippocampus of new-born rats. Our results show that during their adult lives the animals with hippocampal lesions exhibit different alterations, mainly at behavioural level and in the gene expression of dopamine D2 and 5-HT2A receptors. However, at morphological level the study performed on the prefrontal cortex did not reveal any alterations in either the thickness or the number of cells immunoreactive for c-Fos, GFAP, CBP or PV. Overall, risperidone administration elicited a trend towards the recovery of the values previously altered by the hippocampal lesion, approaching the values seen in the animals without lesions. It may be concluded that the administration of risperidone in the schizophrenia model employed helps to improve the altered functions, with no significant negative effects. © 2013.