An age-related increase in resistance to DNA damage-induced apoptotic cell death is associated with development of DNA repair mechanisms

Neurons in the developing brain die via apoptosis after DNA damage, while neurons in the adult brain are generally resistant to these insults. The basis for this resistance is a matter of conjecture. We report here that cerebellar granule neurons (CGNs) in culture lose their competence to die in response to DNA damage as a function of time in culture. CGNs at either 1 day in vitro (DIV) or 7 DIV were treated with the DNA damaging agents camptothecin, UV or gamma-irradiation and neuronal survival measured. The younger neurons were effectively killed by these agents, while the older neurons displayed a significant resistance to killing. Neuronal survival did not change with time in culture when cells were treated with C2-ceramide or staurosporine, agents which do not target DNA. The resistance to UV irradiation developed over time in culture and was not due to changes in mitotic rate. Increases in DNA strand breakage, up-regulation of the levels of both p53 and its phosphorylated form and nuclear translocation of p53 were equivalent in both older and younger neurons, indicating a comparable p53 stress response. In addition, we show that treatment of older neurons with pharmacological inhibitors of distinct components of the DNA repair machinery promotes the accumulation of DNA damage and sensitizes these cells to the toxic effects of UV exposure. These data demonstrate that older neurons appear to be more proficient in DNA repair in comparison to their younger counterparts, and that this leads to increased survival after DNA damage.

Characterisation of calcitonin generelated peptide (CGRP) and amylin receptors

The aims of this study were to examine the binding characteristics of the rat CGRP receptor and to further the classification of CGRP and amylin receptors in guinea-pig tissue preparations. Binding characteristics of CGRP were investigated on rat splenic, cerebellar and liver membrane preparations. Human-α-CGRP, rat-α-CGRP and the CGRP receptor analogues Tyrº -CGRPC28-37) and [Cys (ACM)2,7 ]-human CGRP and the CGRP receptor antagonist CGRPC8-37) were utilised in competitive radioligand binding experiments to identify possible CGRP receptor subtypes in these tissues. There appeared to be no significant differences between the rat CGRP receptors examined. A panel of monoclonal antibodies (Mabs) raised against CGRP were employed to investigate the structure-activity relationships of CGRP and its receptor. No differences between the tissue receptors were observed using this panel of Mabs. The effects of human-α, human-β, rat-α-CGRP, human and rat amylin and adrenomedullin(13-52) were examined on the spontaneously beating right atria and on electrically evoked twitch contractions of isolated guinea-pig ileum, vas deferens and left atria. All of the peptides caused concentration-dependent inhibition of twitch amplitude in the ileum and vas deferens. CGRP produced positive inotropic effects in the right and left atria and positive chronotropic effects in the right atria. A variety of CGRP receptor antagonists and putative amylin receptor antagonists were used to antagonise these effects. CGRP(8-37) is currently used as a basis for CGRP receptor classification (Dennis, et al., 1989). Based upon results obtained using CGRP(8-37) it has been shown that the guinea-pig ileum contains mainly CGRP 1 receptors and the vas deferens contain CGRP2 receptors. Amylin was shown to act at receptors distinct from those for CGRP and it is postulated that amylin has its own receptors in these preparations. Experiments using CGRP (19-37) and Tyrº -CGRP(28-37) indicate that human and rat CGRP act at distinct receptors in guinea-pig ileum and vas deferens. The amylin receptor antagonist amylin(8-37) and the putative antagonist AC187 provide evidence to suggest human and rat amylin also act at receptors able to distinguish between the two types of amylin.

General features of Multiple System Atrophy

Multiple system atrophy (MSA) is a rare movement disorder and a member of a group of neurodegenerative diseases referred to collectively as the ‘parkinsonian syndromes’. Characteristic of these syndromes is that the patient exhibits symptoms of ‘parkinsonism’, viz., a range of problems involving movement, most typically manifest in Parkinson’s disease (PD) itself1, but also seen in progressive supranuclear palsy (PSP), and to some extent in dementia with Lewy bodies (DLB). MSA is a relatively ‘new’ descriptive term and is derived from three previously described diseases, viz., olivopontocerebellar atrophy, striato-nigral degeneration, and Shy-Drager syndrome. The classical symptoms of MSA include parkinsonism, ataxia, and autonomic dysfunction.6 Ataxia describes a gross lack of coordination of muscle movements while autonomic dysfunction involves a variety of systems that regulate unconscious bodily functions such as heart rate, blood pressure, bladder function, and digestion. Although primarily a neurological disorder, patients with MSA may also develop visual signs and symptoms that could be useful in differential diagnosis. The most important visual signs may include oculomotor dysfunction and problems in pupil reactivity but are less likely to involve aspects of primary vision such as visual acuity, colour vision, and visual fields. In addition, the eye-care practitioner can contribute to the management of the visual problems of MSA and therefore, help to improve quality of life of the patient. Hence, this first article in a two-part series describes the general features of MSA including its prevalence, signs and symptoms, diagnosis, pathology, and possible causes.

Density and spatial pattern of the neuropathological changes in the cerebellum in the prion disease variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD)

The objective of this chapter is to quantify the neuropathology of the cerebellar cortex in cases of the prion disease variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD). Hence, sequential sections of the cerebellum of 15 cases of vCJD were stained with H/E, or immunolabelled with a monoclonal antibody 12F10 against prion protein (PrP) and studied using quantitative techniques and spatial pattern analysis. A significant loss of Purkinje cells was evident in all cases. Densities of the vacuolation and the protease resistant form of prion protein (PrPSc) in the form of diffuse and florid plaques were greater in the granule cell layer (GL) than the molecular layer (ML). In the ML, vacuoles and PrPSc plaques, occurred in clusters which were regularly distributed along the folia, larger clusters of vacuoles and diffuse plaques being present in the GL. There was a negative spatial correlation between the vacuoles and the surviving Purkinje cells in the ML and a positive spatial correlation between the clusters of vacuoles and the diffuse PrPSc plaques in the ML and GL in five and six cases respectively. A canonical variate analysis (CVA) suggested a negative correlation between the densities of the vacuolation in the GL and the diffuse PrPSc plaques in the ML. The data suggest: 1) all laminae of the cerebellar cortex were affected by the pathology of vCJD, the GL more severely than the ML, 2) the pathology was topographically distributed especially in the Purkinje cell layer and GL, 3) pathological spread may occur in relation to a loop of anatomical projections connecting the cerebellum, thalamus, cerebral cortex, and pons, and 4) there are differences in the pathology of the cerebellum in vCJD compared with the M/M1 subtype of sporadic CJD (sCJD).

The neural correlates of reading impairment in adults with developmental dyslexia:evidence from fMRI between group analyses and an fMRI multiple-case study

The goal of this project was to investigate the neural correlates of reading impairment in dyslexia as hypothesised by the main theories – the phonological deficit, visual magnocellular deficit and cerebellar deficit theories, with emphasis on individual differences. This research took a novel approach by: 1) contrasting the predictions in one sample of participants with dyslexia (DPs); 2) using a multiple-case study (and between-group comparisons) to investigate differences in BOLD between each DP and the controls (CPs); 3) demonstrating a possible relationship between reading impairment and its hypothesised neural correlates by using fMRI and a reading task. The multiple-case study revealed that the neural correlates of reading in dyslexia in all cases are not in agreement with the predictions of a single theory. The results show striking individual differences - even, where the neural correlates of reading in two DPs are consistent with the same theory, the areas can differ. A DP can exhibit under-engagement in an area in word, but not in pseudoword reading and vice versa, demonstrating that underactivation in that area cannot be interpreted as a ‘developmental lesion’. Additional analyses revealed complex results. Within-group analyses between behavioural measures and BOLD showed correlations in the predicted regions, areas outside ROI, and lack of correlations in some predicted areas. Comparisons of subgroups which differed on Orthography Composite supported the MDT, but only for Words. The results suggest that phonological scores are not a sufficient predictor of the under-engagement of phonological areas during reading. DPs and CPs exhibited correlations between Purdue Pegboard Composite and BOLD in cerebellar areas only for Pseudowords. Future research into reading in dyslexia should use a more holistic approach, involving genetic and environmental factors, gene by environment interaction, and comorbidity with other disorders. It is argued that multidisciplinary research, within the multiple-deficit model holds significant promise here.

Visual signs and symptoms of multiple system atrophy

Multiple system atrophy (MSA) is a rare movement disorder and a member of the 'parkinsonian syndromes', which also include Parkinson's disease (PD), progressive supranuclear palsy (PSP), dementia with Lewy bodies (DLB) and corticobasal degeneration (CBD). Multiple system atrophy is a complex syndrome, in which patients exhibit a variety of signs and symptoms, including parkinsonism, ataxia and autonomic dysfunction. It can be difficult to separate MSA from the other parkinsonian syndromes but if ocular signs and symptoms are present, they may aid differential diagnosis. Typical ocular features of MSA include blepharospasm, excessive square-wave jerks, mild to moderate hypometria of saccades, impaired vestibular-ocular reflex (VOR), nystagmus and impaired event-related evoked potentials. Less typical features include slowing of saccadic eye movements, the presence of vertical gaze palsy, visual hallucinations and an impaired electroretinogram (ERG). Aspects of primary vision such as visual acuity, colour vision or visual fields are usually unaffected. Management of the disease to deal with problems of walking, movement, daily tasks and speech problems is important in MSA. Optometrists can work in collaboration with the patient and health-care providers to identify and manage the patient's visual deficits. A more specific role for the optometrist is to correct vision to prevent falls and to monitor the anterior eye to prevent dry eye and control blepharospasm.

Reprogramming of distinct astroglial populations into specific neuronal subtypes in vitro and in vivo

Recently, the field of cellular reprogramming has been revolutionized by works showing the potential to directly lineage-reprogram somatic cells into neurons upon overexpression of specific transcription factors. This technique offers a promising strategy to study the molecular mechanisms of neuronal specification, identify potential therapeutic targets for neurological diseases and eventually repair the central nervous system damaged by neurological conditions. Notably, studies with cortical astroglia revealed the high potential of these cells to reprogram into neurons using a single neuronal transcription factor. However, it remains unknown whether astroglia isolated from different regions of the central nervous system have the same neurogenic potential and generate induced neurons (iN) with similar phenotypes. Similarly, little is known about the fate that iNs could adopt after transplantation in the brain of host animals. In this study we compare the potential to reprogram astroglial cells isolated from the postnatal cerebral cortex and cerebellum into iNs both in vitro and in vivo using the proneural transcription factors Neurogenin-2 (Neurog2) and Achaete scute homolog-1 (Ascl1). Our results indicate cerebellar astroglia can be reprogrammed into induced neurons (iNs) with similar efficiencies to cerebral cortex astroglia. Notably however, while iNs in vitro adopt fates reminiscent of cortical or cerebellar neurons depending on the astroglial population used for reprogramming, in situ, after transplantation in the postnatal and adult mouse brain, iNs adopt fates compatible with the region of integration. Thus, our data suggest that the origin of the astroglial population used for lineage-reprogramming affects the fate of iNs in vitro, but this imprinting can be overridden by environmental cues after grafting.

THE HERPESVIRUS NUCLEAR EGRESS COMPLEX COMPONENT, UL31, IS RECRUITED TO SITES OF DNA DAMAGE THROUGH POLY(ADP-RIBOSE) BINDING

The herpes simplex virus (HSV) UL31 gene encodes a conserved member of the herpesvirus nuclear egress complex that not only functions in the egress of DNA-containing capsids from the nucleus, but is also required for optimal viral genome expression, replication and packaging into capsids. Here, we report that the UL31 protein from HSV-2 and the orthologous protein, ORF69, from Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) are recruited to sites of DNA damage. Recruitment of UL31 to sites of DNA damage occurred in HSV-2 infected cells, but did not require other viral proteins. The N-terminus of UL31 contains sequences resembling a poly(ADP-ribose) (PAR) binding motif. As protein poly-ADP ribosylation (PARylation) is a hallmark of the DNA damage response we examined the relationship between PARylation and UL31 recruitment to DNA damage. While the PAR polymerase (PARP)1/2 inhibitor, olaparib, prevented UL31 recruitment to damaged DNA, KU55933 inhibition of signaling through the ataxia telangiectasia mutated (ATM) DNA damage response pathway had no effect. These findings were further supported by experiments demonstrating direct and specific interaction between HSV-2 UL31 and PAR using purified components. Co-transfection with the viral kinase Us3, known to phosphorylate UL31, inhibited UL31 recruitment to DNA damage but also prevented the recruitment of other proteins recruited to DNA damage sites. The viral E3 ubiquitin ligase ICP0 was observed to co-localize with UL31 in transfected cells in a manner that is independent of the PAR-binding ability of UL31. However, inhibition of PARP1/2/3 did not reduce the ability of HSV-2 to replicate and we observed reduced PAR levels in the nuclei of infected cells. This study reveals a previously unrecognized function for UL31 orthologs and may suggest that the recognition of PAR by UL31 is coupled to the nuclear egress of herpesvirus capsids, influences viral DNA replication and packaging, or possibly modulates the DNA damage response mounted by virally infected cells.

Biallelic ATM inactivation significantly reduces survival in patients treated on the United Kingdom Leukemia Research Fund Chronic Lymphocytic Leukemia 4 trial.

PURPOSE: The prognostic significance of ATM mutations in chronic lymphocytic leukemia (CLL) is unclear. We assessed their impact in the context of a prospective randomized trial. PATIENTS AND METHODS: We analyzed the ATM gene in 224 patients treated on the Leukemia Research Fund Chronic Lymphocytic Leukemia 4 (LRF-CLL4) trial with chlorambucil or fludarabine with and without cyclophosphamide. ATM status was analyzed by denaturing high-performance liquid chromatography and was related to treatment response, survival, and the impact of TP53 alterations for the same patient cohort. RESULTS: We identified 36 ATM mutations in 33 tumors, 16 with and 17 without 11q deletion. Mutations were associated with advanced disease stage and involvement of multiple lymphoid sites. Patients with both ATM mutation and 11q deletion showed significantly reduced progression-free survival (median, 7.4 months) compared with those with ATM wild type (28.6 months), 11q deletion alone (17.1 months), or ATM mutation alone (30.8 months), but survival was similar to that in patients with monoallelic (6.7 months) or biallelic (3.4 months) TP53 alterations. This effect was independent of treatment, immunoglobulin heavy chain variable gene (IGHV) status, age, sex, or disease stage. Overall survival for patients with biallelic ATM alterations was also significantly reduced compared with those with ATM wild type or ATM mutation alone (median, 42.2 v 85.5 v 77.6 months, respectively). CONCLUSION: The combination of 11q deletion and ATM mutation in CLL is associated with significantly shorter progression-free and overall survival following first-line treatment with alkylating agents and purine analogs. Assessment of ATM mutation status in patients with 11q deletion may influence the choice of subsequent therapy.

Functional analysis of the ATM-p53-p21 pathway in the LRF CLL4 trial: blockade at the level of p21 is associated with short response duration.

PURPOSE: This study sought to establish whether functional analysis of the ATM-p53-p21 pathway adds to the information provided by currently available prognostic factors in patients with chronic lymphocytic leukemia (CLL) requiring frontline chemotherapy. EXPERIMENTAL DESIGN: Cryopreserved blood mononuclear cells from 278 patients entering the LRF CLL4 trial comparing chlorambucil, fludarabine, and fludarabine plus cyclophosphamide were analyzed for ATM-p53-p21 pathway defects using an ex vivo functional assay that uses ionizing radiation to activate ATM and flow cytometry to measure upregulation of p53 and p21 proteins. Clinical endpoints were compared between groups of patients defined by their pathway status. RESULTS: ATM-p53-p21 pathway defects of four different types (A, B, C, and D) were identified in 194 of 278 (70%) samples. The type A defect (high constitutive p53 expression combined with impaired p21 upregulation) and the type C defect (impaired p21 upregulation despite an intact p53 response) were each associated with short progression-free survival. The type A defect was associated with chemoresistance, whereas the type C defect was associated with early relapse. As expected, the type A defect was strongly associated with TP53 deletion/mutation. In contrast, the type C defect was not associated with any of the other prognostic factors examined, including TP53/ATM deletion, TP53 mutation, and IGHV mutational status. Detection of the type C defect added to the prognostic information provided by TP53/ATM deletion, TP53 mutation, and IGHV status. CONCLUSION: Our findings implicate blockade of the ATM-p53-p21 pathway at the level of p21 as a hitherto unrecognized determinant of early disease recurrence following successful cytoreduction.

IGF-1R inhibition sensitizes breast cancer cells to ATM-Related Kinase (ATR) inhibitor and cisplatin

The complexity of the IGF-1 signalling axis is clearly a roadblock in targeting this receptor in cancer therapy. Here, we sought to identify mediators of resistance, and potential co-targets for IGF-1R inhibition. By using an siRNA functional screen with the IGF-1R tyrosine kinase inhibitor (TKI) BMS-754807 in MCF-7 cells we identified several genes encoding components of the DNA damage response (DDR) pathways as mediators of resistance to IGF-1R kinase inhibition. These included ATM and Ataxia Telangiectasia and RAD3-related kinase (ATR). We also observed a clear induction of DDR in cells that were exposed to IGF-1R TKIs (BMS-754807 and OSI-906) as indicated by accumulation of γ-H2AX, and phosphorylated Chk1. Combination of the IGF-1R/IR TKIs with an ATR kinase inhibitor VE-821 resulted in additive to synergistic cytotoxicity compared to either drug alone. In MCF-7 cells with stably acquired resistance to the IGF-1R TKI (MCF-7-R), DNA damage was also observed, and again, dual inhibition of the ATR kinase and IGF-1R/IR kinase resulted in synergistic cytotoxicity. Interestingly, dual inhibition of ATR and IGF-1R was more effective in MCF-7-R cells than parental cells. IGF-1R TKIs also potentiated the effects of cisplatin in a panel of breast cancer cell lines. Overall, our findings identify induction of DDR by IGF-1R kinase inhibition as a rationale for co-targeting the IGF-1R with ATR kinase inhibitors or cisplatin, particularly in cells with acquired resistance to TKIs.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.

Diagnostic potential of structural neuroimaging for depression from a multi-ethnic community sample

Background At present, we do not have any biological tests which can contribute towards a diagnosis of depression. Neuroimaging measures have shown some potential as biomarkers for diagnosis. However, participants have generally been from the same ethnic background while the applicability of a biomarker would require replication in individuals of diverse ethnicities. Aims We sought to examine the diagnostic potential of the structural neuroanatomy of depression in a sample of a wide ethnic diversity. Method Structural magnetic resonance imaging (MRI) scans were obtained from 23 patients with major depressive disorder in an acute depressive episode (mean age: 39.8 years) and 20 matched healthy volunteers (mean age: 38.8 years). Participants were of Asian, African and Caucasian ethnicity recruited from the general community. Results Structural neuroanatomy combining white and grey matter distinguished patients from controls at the highest accuracy of 81% with the most stable pattern being at around 70%. A widespread network encompassing frontal, parietal, occipital and cerebellar regions contributed towards diagnostic classification. Conclusions These findings provide an important step in the development of potential neuroimaging-based tools for diagnosis as they demonstrate that the identification of depression is feasible within a multi-ethnic group from the community. Declaration of interests C.H.Y.F. has held recent research grants from Eli Lilly and Company and GlaxoSmithKline. L.M. is a former employee and stockholder of Eli Lilly and Company.

Cerebrotendinous xanthomatosis with bradyphrenia and psychiatric disorders: a case with 18F-FDG PET imaging and a literature review

Background and Objectives: Cerebrotendinous xanthomatosis (CTX) is a rare autosomal recessive lipid-storage disease caused by mutations in the CYP27A1. The purpose of this study is to determine the clinical characteristics, neuroimaging and mutation detect in a family with CTX systematically. Methods: Collecting history materials and detecting the routine clinical biochemical tests and imaging examination, and for the first time taking the whole body positron emission tomography (PET)-CT examination for probed in the world to research abnormal metabolism activities in CTX. To observe the effect of treatment with chenodeoxycholic acid (CDCA) and stains before and after the intervention, using serum lipid level detection and neuropsychological evaluation. Genetic testing was carried out to screen the nine exons and exon-intron boundaries about 200-300bq of CYP27A1. Results: A 37-year-old woman with typical clinical characteristics of CTX. Magnetic resonance imaging (MRI) of brain showed bilateral lesions in the dentate nucleus of the cerebellum, then, PET images revealed multiple abnormal hypermetabolism areas at distal tendon, and multifocal areas of hypometabolism in bilateral sides of cerebellar hemispheres, the frontal lobe and temporal lobe. Histopathology reveals accumulation of xanthoma cells and dispersed lipid crystal clefts in xanthomas. In genetic analysis, it shown an insertion of cytosine (77-78insC) located in the first exon of CYP27A1 in the proband. Conclusions: We found that a Chinese patient presented a typical clinical feature of CTX along with clear correlation on both structural and functional imaging had a novel mutation in the CYP27A1 gene.

Mécanismes psychophysiques et neuronaux de la compensation dynamique de multiples champs de force : facilitation et anticipation liée à des indices de couleur

Dans cette thèse, nous abordons le contrôle moteur du mouvement du coude à travers deux approches expérimentales : une première étude psychophysique a été effectuée chez les sujets humains, et une seconde implique des enregistrements neurophysiologiques chez le singe. Nous avons recensé plusieurs aspects non résolus jusqu’à présent dans l’apprentissage moteur, particulièrement concernant l’interférence survenant lors de l’adaptation à deux ou plusieurs champs de force anti-corrélés. Nous avons conçu un paradigme où des stimuli de couleur aident les sujets à prédire la nature du champ de force externe actuel avant qu’ils ne l’expérimentent physiquement durant des mouvements d’atteinte. Ces connaissances contextuelles faciliteraient l’adaptation à des champs de forces en diminuant l’interférence. Selon le modèle computationnel de l’apprentissage moteur MOSAIC (MOdular Selection And Identification model for Control), les stimuli de couleur aident les sujets à former « un modèle interne » de chaque champ de forces, à s’en rappeler et à faire la transition entre deux champs de force différents, sans interférence. Dans l’expérience psychophysique, quatre groupes de sujets humains ont exécuté des mouvements de flexion/extension du coude contre deux champs de forces. Chaque force visqueuse était associée à une couleur de l’écran de l’ordinateur et les deux forces étaient anti-corrélées : une force résistante (Vr) a été associée à la couleur rouge de l’écran et l’autre, assistante (Va), à la couleur verte de l’écran. Les deux premiers groupes de sujets étaient des groupes témoins : la couleur de l’écran changeait à chaque bloc de 4 essais, tandis que le champ de force ne changeait pas. Les sujets du groupe témoin Va ne rencontraient que la force assistante Va et les sujets du groupe témoin Vr performaient leurs mouvements uniquement contre une force résistante Vr. Ainsi, dans ces deux groupes témoins, les stimuli de couleur n’étaient pas pertinents pour adapter le mouvement et les sujets ne s’adaptaient qu’à une seule force (Va ou Vr). Dans les deux groupes expérimentaux, cependant, les sujets expérimentaient deux champs de forces différents dans les différents blocs d’essais (4 par bloc), associés à ces couleurs. Dans le premier groupe expérimental (groupe « indice certain », IC), la relation entre le champ de force et le stimulus (couleur de l’écran) était constante. La couleur rouge signalait toujours la force Vr tandis que la force Va était signalée par la couleur verte. L’adaptation aux deux forces anti-corrélées pour le groupe IC s’est avérée significative au cours des 10 jours d’entraînement et leurs mouvements étaient presque aussi bien ajustés que ceux des deux groupes témoins qui n’avaient expérimenté qu’une seule des deux forces. De plus, les sujets du groupe IC ont rapidement démontré des changements adaptatifs prédictifs dans leurs sorties motrices à chaque changement de couleur de l’écran, et ceci même durant leur première journée d’entraînement. Ceci démontre qu’ils pouvaient utiliser les stimuli de couleur afin de se rappeler de la commande motrice adéquate. Dans le deuxième groupe expérimental, la couleur de l’écran changeait régulièrement de vert à rouge à chaque transition de blocs d’essais, mais le changement des champs de forces était randomisé par rapport aux changements de couleur (groupe « indice-incertain », II). Ces sujets ont pris plus de temps à s’adapter aux champs de forces que les 3 autres groupes et ne pouvaient pas utiliser les stimuli de couleurs, qui n’étaient pas fiables puisque non systématiquement reliés aux champs de forces, pour faire des changements prédictifs dans leurs sorties motrices. Toutefois, tous les sujets de ce groupe ont développé une stratégie ingénieuse leur permettant d’émettre une réponse motrice « par défaut » afin de palper ou de sentir le type de la force qu’ils allaient rencontrer dans le premier essai de chaque bloc, à chaque changement de couleur. En effet, ils utilisaient la rétroaction proprioceptive liée à la nature du champ de force afin de prédire la sortie motrice appropriée pour les essais qui suivent, jusqu’au prochain changement de couleur d’écran qui signifiait la possibilité de changement de force. Cette stratégie était efficace puisque la force demeurait la même dans chaque bloc, pendant lequel la couleur de l’écran restait inchangée. Cette étude a démontré que les sujets du groupe II étaient capables d’utiliser les stimuli de couleur pour extraire des informations implicites et explicites nécessaires à la réalisation des mouvements, et qu’ils pouvaient utiliser ces informations pour diminuer l’interférence lors de l’adaptation aux forces anti-corrélées. Les résultats de cette première étude nous ont encouragés à étudier les mécanismes permettant aux sujets de se rappeler d’habiletés motrices multiples jumelées à des stimuli contextuels de couleur. Dans le cadre de notre deuxième étude, nos expériences ont été effectuées au niveau neuronal chez le singe. Notre but était alors d’élucider à quel point les neurones du cortex moteur primaire (M1) peuvent contribuer à la compensation d’un large éventail de différentes forces externes durant un mouvement de flexion/extension du coude. Par cette étude, nous avons testé l’hypothèse liée au modèle MOSAIC, selon laquelle il existe plusieurs modules contrôleurs dans le cervelet qui peuvent prédire chaque contexte et produire un signal de sortie motrice approprié pour un nombre restreint de conditions. Selon ce modèle, les neurones de M1 recevraient des entrées de la part de plusieurs contrôleurs cérébelleux spécialisés et montreraient ensuite une modulation appropriée de la réponse pour une large variété de conditions. Nous avons entraîné deux singes à adapter leurs mouvements de flexion/extension du coude dans le cadre de 5 champs de force différents : un champ nul ne présentant aucune perturbation, deux forces visqueuses anti-corrélées (assistante et résistante) qui dépendaient de la vitesse du mouvement et qui ressemblaient à celles utilisées dans notre étude psychophysique chez l’homme, une force élastique résistante qui dépendait de la position de l’articulation du coude et, finalement, un champ viscoélastique comportant une sommation linéaire de la force élastique et de la force visqueuse. Chaque champ de force était couplé à une couleur d’écran de l’ordinateur, donc nous avions un total de 5 couleurs différentes associées chacune à un champ de force (relation fixe). Les singes étaient bien adaptés aux 5 conditions de champs de forces et utilisaient les stimuli contextuels de couleur pour se rappeler de la sortie motrice appropriée au contexte de forces associé à chaque couleur, prédisant ainsi leur sortie motrice avant de sentir les effets du champ de force. Les enregistrements d’EMG ont permis d’éliminer la possibilité de co-contractions sous-tendant ces adaptations, étant donné que le patron des EMG était approprié pour compenser chaque condition de champ de force. En parallèle, les neurones de M1 ont montré des changements systématiques dans leurs activités, sur le plan unitaire et populationnel, dans chaque condition de champ de force, signalant les changements requis dans la direction, l’amplitude et le décours temporel de la sortie de force musculaire nécessaire pour compenser les 5 conditions de champs de force. Les changements dans le patron de réponse pour chaque champ de force étaient assez cohérents entre les divers neurones de M1, ce qui suggère que la plupart des neurones de M1 contribuent à la compensation de toutes les conditions de champs de force, conformément aux prédictions du modèle MOSAIC. Aussi, cette modulation de l’activité neuronale ne supporte pas l’hypothèse d’une organisation fortement modulaire de M1.