Mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l’acide polysialique (PSA) dans le néocortex visuel des souris durant la maturation des synapses GABAergiques

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

Laser Induced Fluorescence Based Optical Fiber Probe for Analyzing Bacteria

Optical fiber based laser induced fluorescence (LIF) measurements were carried out using Rhodamine B to analyze two different species of bacteria , a Gram-positive bacteria namely Bacillus smithii , and fibrin alginolvticus, a Gram- negative bacteria . The fiber sensor was clearly able to distinguish between the two species of bacteria . Quenching effect of the dye Rhodamine B by Bacillus smithii was observed . The effect of dye on the samples was also studied in detail.

Mechanical Properties of Short-Isora-Fiber-Reinforced Natural Rubber Composites: Effects of Fiber Length, Orientation, and Loading; Alkali Treatment;and Bonding Agent

A series of short-isora-fiber-reinforced natural rubber composites were prepared by the incorporation of fibers of different lengths (6, 10, and 14 mm) at 15 phr loading and at different concentrations (10, 20, 30, and 40 phr) with a 10 mm fiber length. Mixes were also prepared with 10 mm long fibers treated with a 5% NaOH solution. The vulcanization parameters, processability, and stress-strain properties of these composites were analyzed. Properties such as tensile strength, tear strength, and tensile modulus were found to be at maximum for composites containing longitudinally oriented fibers 10 mm in length. Mixes containing fiber loadings of 30 phr with bonding agent (resorcinol-formaldehyde [RF] resin) showed mechanical properties superior to all other composites. Scanning electron microscopy (SEM) studies were carried out to investigate the fiber surface morphology, fiber pullout, and fiber-rubber interface. SEM studies showed that the bonding between the fiber and rubber was improved with treated fibers and with the use of bonding agent.

Scanning Electron Microscopy Studies on Tear and Wear Failure of Short Kevlar Fiber-Thermoplastic- Polyurethane Composite

Tear and wear properties of short kevlar fiber, thermoplastic polcurethane (TPU) composite with respect to fiber loading-and fiber onentation has been studied and the fracture surfaces were examined under scanning electron microscope (SEM). Tear strength first decreased up to 20 phr fiber loading and then gradually increased with increasing fiber loading. Anisotropy in tear strength was evident beyond a fiber loading of 20 phr. Tear fracture surface of unfilled TPU showed sinusoidal folding characteristics of high strength matrix. At low fiber loading the tear failure was mainly due to fibermatrix failure whereas at higher fiber loading the failure occurred by fiber breakage. Abrasion loss shows a continuous rise with increasing fiber loading, the loss in the transverse orientation of fibers being higher than that in the longitudinal orientation. The abraded surface showed lone cracks and ridges parallel to the direction of abrasion indicating an abrasive wear mechanism. In the presence of fber the abrasion loss was mainly due to fiber low.

Studies on the Effect of an External Flaw on the Tensile Strength of Short Kevlar Fiber-Thermoplastic Polyurethane Composites

The effect of an external flaw on the tensile strength of short kevlar fiber-thermoplastic composites has been studied with respect to fiber content, fiber orientation, location of the external flaw, and the temperature of test. The composites showed a three-step reduction in tensile strength with increasing flaw size. The critical flaw-length region was shifted to higher flaw-size levels with increasing fiber content. With increasing temperature, the critical flaw length was increased in the case of unfilled TPU, whereas it remained more or less constant in the case of short kevlar fiber-filled-TPU composite.

Studies on the Flammability of Short Kevlar Fiber-Thermoplastic Polyurethane Composite

The flammability of short Kevlar aramide fiber-thermoplastic polyurethane (TPU) has been investigated with respect to fiber loading and various flame retardant additives such as halogen containing polymers, antimony oxide/chlorine donor combination, zinc borate, and aluminum hydroxide. Smoke generation was reduced drastically, while the oxygen index was reduced marginally in the presence of short fibers. The best improvement in the oxygen index was obtained with antimony oxide/chlorinated paraffin wax combination, in the weight ratio 1:6. A 70 phr loading of aluminum hydroxide improved LOI and reduced smoke generation.

Characterization of Short Nylon-6 Fiber/Acrylonitrile Butadiene Rubber Composite by Thermogravimetry

The thermal degradation of short nylon-6 fiber reinforced acrylonitrile butadiene rubber (NBR) composites with and without epoxy-based bonding agent has been studied by thermogravimetric analysis (TGA). It was found that the onset of degradation shifted from 330.5 to 336.1°C in the presence of short nylon fiber, the optimum fiber loading being 20 phr. The maximum rate of degradation of the composites was lower than that of the unfilled rubber compound, and it decreased with increase in fiber concentration. The presence of epoxy resin-based bonding agent in the virgin elastomer and the composites improved the thermal stability. Results of kinetic studies showed that the degradation of NBR and the short nylon fiber reinforced composites followed first-order kinetics.

Rheological Characteristics of Short Nylon -6 Fiber Reinforced Styrene Butadiene Rubber Containing Epoxy Resin as Bonding Agent

The rheological characteristics of short Nylon-6 fiber-reinforced Styrene Butadiene rubber (SBR) in the presence of epoxy resin-based bonding agent were studied with respect to the effect of shear rate, fiber concentration , and temperature on shear viscosity and die swell using a capillary rheonzeter. All the composites containing bonding agent showed a pseudoplastic nature, which decreased with increasing temperature. Shear viscosity was increased in the presence of fibers. The temperature sensitivity of the SBR matrices was reduced on introduction of fibers. The temperature sensitivity of the melts was found to be lower at higher shear rates. Die swell was reduced in the presence of fibers. Relative viscosity of the composites increased with shear rate. In the presence of epoxy resin bonding agent the temperature sensitivity of the mixes increased. Die swell was larger in the presence of bonding agent.

Rheology of Short Nylon -6 Fiber Reinforced Styrene-Butadiene Rubber

The rheological characteristics of short Nylon-6 fiber reinforced styrene butadiene rubber (SBR) were studied using a capillary rheometer. The study was done with respect to the effect of shear rate, fiber concentration, and temperature on shear viscosity and die swell. All the melts showed pseudoplastic nature, which decreased with increasing temperature. Shear viscosity increased in the presence of fibers. Introduction of fiber reduces the temperature sensitivity of the rubber matrix. A reduction in die swell was found in presence of fibers.

Thermal Degradation of Short Nylon -6 Fiber-Reinforced Styrene Butadiene Rubber Composite

The thermal properties of short Nylon-6 fiber-reinforced Styrene butadiene rubber (SBR) composites were studied by Thermogravimetric Analysis (TGA). The effect of epoxy-based bonding agent on thermal degradation of the gum and the composites was also studied. The thermal stability of the SBR was enhanced in the presence of Nylon-6 fibers and the stability of the composites increased in the presence of bonding agent. The epoxy resin did not significantly change the thermal stability of SBR gum vulcanizate. Results of kinetic studies showed that the degradation of SBR and the short nylon fiber-reinforced composites with and without bonding agents followed first-order kinetics.

Acrylonitrile-Butadiene Rubber/ Reclaimed Rubber-Nylon Fiber Composite

The effect of diphenylmethane diisocyanate (MDI) -polyethyleneglycol (PEG) resin on the cure characteristics and mechanical properties of nitrile rubber/whole tyre eclaim-short nylon fiber composite-was studied. At a constant loading of 5 phr, the resin composition was varied. The minimum torque .,id (maximum - minimum) torque increased with isocyanate concentration. Scorch time and cure time showed a reduction on introduction of bonding agent. Properties like tensile strength, tear strength, and abrasion resistance increased with increase in MDI/PEG ratio, and these properties are higher in the longitudinal direction of fiber orientation. Compression set increased with isocyanate concentration and the resilience remain unchanged.

Cure Characteristics and Mechanical Properties of Short Nylon Fiber Reinforced Acrylonitrile Butadiene Rubber/Reclaimed Rubber Blends

Cure characteristics and mechanical properties of short nylon fiber reinforced acrylonitrile butadiene rubber-reclaimed rubber composites were studied. Minimum torque, (maximum-minimum) torque and cure rate increased with fiber concentration. Scorch time and cure time decreased by the addition of fibers. Properties like tensile strength, tear strength, elongation at break, abrasion loss and heat build up were studied in both orientations of fibers. Tensile and tear properties were enhanced by the addition of fibers and were higher in the longitudinal direction. Heat build up increased with fiber concentration and were higher in the longitudinal direction. Abrasion resistance was improved in presence of short fibers and was higher in the longitudinal direction. Resilience increased on the introduction of fibers. Compression set was higher for blends.

Effect of Urethane Based Bonding Agent on the Cure Characteristics and Mechanical Properties of Styrene Butadiene Rubber - Whole Tyre Reclaim - Short Nylon Fiber Composite

The cure characteristics and mechanical properties of short nylon fiber- styrene /whole tyre reclaim (SBR/WTR) composites with and without an interfacial bonding agent based on 4,4 diphenyl methane diisocyanate and polyethylene glycol (MDI/PEG) have been studied. An 80:40 blend of SBR/ WTR reinforced with 20 phr of short nylon fiber has been selected and the MDI/ PEG ratio has been changed from 0.67:1 to 2:1. The minimum and maximum torques increased with isocyanate concentration. The scorch time and cure time showed an initial reduction. The cure rate showed an initial improvement. Tensile strength, tear strength and abrasion resistance increased with MDI/PEG ratio, these values were higher in longitudinal direction. Resilience and compression set increased with isocyanate concentration.