Down syndrome-critical region contains a gene homologous to Drosophila sim expressed during rat and human central nervous system development.

Many features of Down syndrome might result from the overdosage of only a few genes located in a critical region of chromosome 21. To search for these genes, cosmids mapping in this region were isolated and used for trapping exons. One of the trapped exons obtained has a sequence very similar to part of the Drosophila single-minded (sim) gene, a master regulator of the early development of the fly central nervous system midline. Mapping data indicated that this exonic sequence is only present in the Down syndrome-critical region in the human genome. Hybridization of this exonic sequence with human fetal kidney poly(A)+ RNA revealed two transcripts of 6 and 4.3 kb. In situ hybridization of a probe derived from this exon with human and rat fetuses showed that the corresponding gene is expressed during early fetal life in the central nervous system and in other tissues, including the facial, skull, palate, and vertebra primordia. The expression pattern of this gene suggests that it might be involved in the pathogenesis of some of the morphological features and brain anomalies observed in Down syndrome.

Immunohistochemical localization of adenylyl cyclase in rat brain indicates a highly selective concentration at synapses.

Only three isoforms of adenylyl cyclase (EC 4.6.1.1) mRNAs (AC1, -2, and -5) are expressed at high levels in rat brain. AC1 occurs predominantly in hippocampus and cerebellum, AC5 is restricted to the basal ganglia, whereas AC2 is more widely expressed, but at much lower levels. The distribution and abundance of adenylyl cyclase protein were examined by immunohistochemistry with an antiserum that recognizes a peptide sequence shared by all known mammalian adenylyl cyclase isoforms. The immunoreactivity in striatum and hippocampus could be readily interpreted within the context of previous in situ hybridization studies. However, extending the information that could be gathered by comparisons with in situ hybridization analysis, it was apparent that staining was confined to the neuropil--corresponding to immunoreactive dendrites and axon terminals. Electron microscopy indicated a remarkably selective subcellular distribution of adenylyl cyclase protein. In the CA1 area of the hippocampus, the densest immunoreactivity was seen in postsynaptic densities in dendritic spine heads. Labeled presynaptic axon terminals were also observed, indicating the participation of adenylyl cyclase in the regulation of neurotransmitter release. The selective concentration of adenylyl cyclases at synaptic sites provides morphological data for understanding the pre- and postsynaptic roles of adenylyl cyclase in discrete neuronal circuits in rat brain. The apparent clustering of adenylyl cyclases, coupled with other data that suggest higher-order associations of regulatory elements including G proteins, N-methyl-D-aspartate receptors, and cAMP-dependent protein kinases, suggests not only that the primary structural information has been encoded to render the cAMP system responsive to the Ca(2+)-signaling system but also that higher-order strictures are in place to ensure that Ca2+ signals are economically delivered and propagated.

Interleukin 1 beta up-regulates the expression of sulfoglucuronosyl paragloboside, a ligand for L-selectin, in brain microvascular endothelial cells.

Treatment of cultured bovine brain microvascular endothelial cells (BMECs) with interleukin 1 beta (IL-1 beta), an inflammatory cytokine, was shown to induce the accumulation of sulfoglucuronosyl paragloboside (SGPG), a glycolipid bearing the HNK-1 epitope. This resulted in the attachment of a greater number of human lymphocytes to the treated than to the untreated BMEC monolayers. Attachment of human lymphocytes to the IL-1 beta-activated BMEC cells could be blocked either by incubation of the human lymphocytes with an anti-L-selectin antibody or by application of an anti-SGPG antibody to the BMECs. These results suggest that SGPG may act as an important ligand for L-selectin for the regulation of the attachment of activated lymphocytes and their subsequent invasion into the nervous system parenchyma in inflammatory disorders of the central and peripheral nervous systems.

kappa-Opioid receptor in humans: cDNA and genomic cloning, chromosomal assignment, functional expression, pharmacology, and expression pattern in the central nervous system.

Using the mouse delta-opioid receptor cDNA as a probe, we have isolated genomic clones encoding the human mu- and kappa-opioid receptor genes. Their organization appears similar to that of the human delta receptor gene, with exon-intron boundaries located after putative transmembrane domains 1 and 4. The kappa gene was mapped at position q11-12 in human chromosome 8. A full-length cDNA encoding the human kappa-opioid receptor has been isolated. The cloned receptor expressed in COS cells presents a typical kappa 1 pharmacological profile and is negatively coupled to adenylate cyclase. The expression of kappa-opioid receptor mRNA in human brain, as estimated by reverse transcription-polymerase chain reaction, is consistent with the involvement of kappa-opioid receptors in pain perception, neuroendocrine physiology, affective behavior, and cognition. In situ hybridization studies performed on human fetal spinal cord demonstrate the presence of the transcript specifically in lamina II of the dorsal horn. Some divergences in structural, pharmacological, and anatomical properties are noted between the cloned human and rodent receptors.

A role for ciliary neurotrophic factor as an inducer of reactive gliosis, the glial response to central nervous system injury.

Within the central nervous system (CNS) ciliary neurotrophic factor (CNTF) is expressed by astrocytes where it remains stored as an intracellular protein; its release and function as an extracellular ligand are thought to occur in the event of cellular injury. We find that overexpression of CNTF in transgenic mice recapitulates the glial response to CNS lesion, as does its injection into the uninjured brain. These results demonstrate that CNTF functions as an inducer of reactive gliosis, a condition associated with a number of neurological diseases of the CNS.

Gene targeting approaches to complex genetic diseases: atherosclerosis and essential hypertension.

Gene targeting allows precise, predetermined changes to be made in a chosen gene in the mouse genome. To date, targeting has been used most often for generation of animals completely lacking the product of a gene of interest. The resulting "knockout" mice have confirmed some hypotheses, have upset others, but have rarely been uninformative. Models of several human genetic diseases have been produced by targeting--including Gaucher disease, cystic fibrosis, and the fragile X syndrome. These diseases are primarily determined by defects in single genes, and their modes of inheritance are well understood. When the disease under study has a complex etiology with multiple genetic and environmental components, the generation of animal models becomes more difficult but no less valuable. The problems associated with dissecting out the individual genetic factors also increases substantially and the distinction between causation and correlation is often difficult. To prove causation in a complex system requires rigorous adherence to the principle that the experiments must allow detection of the effects of changing only a single variable at one time. Gene targeting experiments, when properly designed, can test the effects of a precise genetic change completely free from the effects of differences in any other genes (linked or unlinked to the test gene). They therefore allow proofs of causation.

Local nitric oxide production in viral and autoimmune diseases of the central nervous system.

Because of the short half-life of NO, previous studies implicating NO in central nervous system pathology during infection had to rely on the demonstration of elevated levels of NO synthase mRNA or enzyme expression or NO metabolites such as nitrate and nitrite in the infected brain. To more definitively investigate the potential causative role of NO in lesions of the central nervous system in animals infected with neurotropic viruses or suffering from experimental allergic encephalitis, we have determined directly the levels of NO present in the central nervous system of such animals. Using spin trapping of NO and electron paramagnetic resonance spectroscopy, we confirm here that copious amounts of NO (up to 30-fold more than control) are elaborated in the brains of rats infected with rabies virus or borna disease virus, as well as in the spinal cords of rats that had received myelin basic protein-specific T cells.

Neural cell adhesion molecule (N-CAM) inhibits astrocyte proliferation after injury to different regions of the adult rat brain.

After a penetrating lesion in the central nervous system, astrocytes enlarge, divide, and participate in creating an environment that adversely affects neuronal regeneration. We have recently shown that the neural cell adhesion molecule (N-CAM) partially inhibits the division of early postnatal rat astrocytes in vitro. In the present study, we demonstrate that addition of N-CAM, the third immunoglobulin-like domain of N-CAM, or a synthetic decapeptide corresponding to a putative homophilic binding site in N-CAM partially inhibits astrocyte proliferation after a stab lesion in the adult rat brain. Animals were lesioned in the cerebral cortex, hippocampus, or striatum with a Hamilton syringe and needle at defined stereotaxic positions. On one side, the lesions were concomitantly infused with N-CAM or with one of the N-CAM-related molecules. As a control, a peptide of the same composition as the N-CAM decapeptide but of random sequence was infused on the contralateral side of the brain. We consistently found that the population of dividing astrocytes was significantly smaller on the side in which N-CAM or one of the N-CAM-related molecules was infused than on the opposite side. The inhibition was greatest in the cortical lesion sites (approximately 50%) and was less pronounced in the hippocampus (approximately 25%) and striatum (approximately 20%). Two weeks after the lesion, the cerebral cortical sites infused with N-CAM continued to exhibit a significantly smaller population of dividing astrocytes than the sites on the opposite side. When N-CAM and basic fibroblast growth factor, which is known to stimulate astrocyte division in vitro, were coinfused into cortical lesion sites, astrocyte proliferation was still inhibited. These results suggest the hypothesis that, by reducing glial proliferation, N-CAM or its peptides may help create an environment that is more suitable for neuronal regeneration.

Bridging grafts and transient nerve growth factor infusions promote long-term central nervous system neuronal rescue and partial functional recovery.

Grafts of favorable axonal growth substrates were combined with transient nerve growth factor (NGF) infusions to promote morphological and functional recovery in the adult rat brain after lesions of the septohippocampal projection. Long-term septal cholinergic neuronal rescue and partial hippocampal reinnervation were achieved, resulting in partial functional recovery on a simple task assessing habituation but not on a more complex task assessing spatial reference memory. Control animals that received transient NGF infusions without axonal-growth-promoting grafts lacked behavioral recovery but also showed long-term septal neuronal rescue. These findings indicate that (i) partial recovery from central nervous system injury can be induced by both preventing host neuronal loss and promoting host axonal regrowth and (ii) long-term neuronal loss can be prevented with transient NGF infusions.

Pleasant sweeping grooming touch in rhesus monkey: effects on autonomic nervous system and its codification in posterior insular and secondary somatosensory cortex

Il tatto assume un'importanza fondamentale nella vita quotidiana, in quanto ci permette di discriminare le caratteristiche fisiche di un oggetto specifico, di identificarlo e di eventualmente integrare le suddette informazioni tattili con informazioni provenienti da altri canali sensoriali. Questa è la componente sensoriale-discriminativa del tatto. Tuttavia quotidianamente il tatto assume un ruolo fondamentale durante le diverse interazioni sociali, positive, come quando abbracciamo o accarezziamo una persona con cui abbiamo un rapporto affettivo e negative, per esempio quando allontaniamo una persona estranea dal nostro spazio peri-personale. Questa componente è la cosiddetta dimensione affettiva-motivazionale, la quale determina la codifica della valenza emotiva che l'interazione assume. Questa componente ci permette di creare, mantenere o distruggere i legami sociali in relazione al significato che il tocco assume durante l'interazione. Se per esempio riceviamo una carezza da un familiare, questa verrà percepita come piacevole e assumerà un significato affiliativo. Questo tipo di tocco è comunente definito come Tocco Sociale (Social Touch). Gli aspetti discriminativi del tatto sono stati ben caratterizzati, in quanto storicamente, il ruolo del tatto è stato considerato quello di discriminare le caratteristiche di ciò che viene toccato, mentre gli aspetti affettivi sono stati solo recentemente indagati considerando la loro importanza nelle interazioni sociali. Il tocco statico responsabile dell'aspetto discriminante attiva a livello della pelle le grandi fibre mieliniche (Aβ), modulando a livello del sistema nervoso centrale le cortecce sensoriali, sia primarie che secondarie. Questo permette la codifica a livello del sistema nervoso centrale delle caratteristiche fisiche oggettive degli oggetti toccati. Studi riguardanti le caratteristiche del tocco affiliativo sociale hanno messo in evidenza che suddetta stimolazione tattile 1) è un particolare tocco dinamico che avviene sul lato peloso delle pelle con una velocità di 1-10 cm/sec; 2) attiva le fibre amieliniche (fibre CT o C-LTMRs); 3) induce positivi effetti autonomici, ad esempio la diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca; e 4) determina la modulazione di regioni cerebrali coinvolte nella codifica del significato affiliativo dello stimolo sensoriale periferico, in particolare la corteccia insulare. Il senso del tatto, con le sue due dimensioni discriminativa e affiliativa, è quotidianamente usato non solo negli esseri umani, ma anche tra i primati non umani. Infatti, tutti i primati non umani utilizzano la componente discriminativa del tatto per identificare gli oggetti e il cibo e l'aspetto emotivo durante le interazioni sociali, sia negative come durante un combattimento, che positive, come durante i comportamenti affiliativi tra cui il grooming. I meccanismi di codifica della componente discriminativa dei primati non umani sono simili a quelli umani. Tuttavia, si conosce ben poco dei meccanismi alla base della codifica del tocco piacevole affiliativo. Pur essendo ben noto che i meccanorecettori amilienici C-LTMRs sono presenti anche sul lato peloso della pelle dei primati non umani, attualmente non ci sono studi riguardanti la correlazione tra il tocco piacevole e la loro modulazione, come invece è stato ampiamente dimostrato nell'uomo. Recentemente è stato ipotizzato (Dunbar, 2010) il ruolo delle fibre C-LTMRs durante il grooming, in particolare durante il cosiddetto swepping. Il grooming è costituito da due azioni motorie, lo sweeping e il picking che vengono eseguite in modo ritmico. Durante lo sweeping la scimmia agente muove il pelo della scimmia ricevente con un movimento a mano aperta, per poter vedere il preciso punto della pelle dove eseguire il picking, ovvero dove prendere la pelle a livello della radice del pelo con le unghie dell'indice e del pollice e tirare per rimuovere parassiti o uova di parassiti e ciò che è rimasto incastrato nel pelo. Oltre il noto ruolo igenico, il grooming sembra avere anche una importante funzione sociale affiliativa. Come la carezza nella società umana, cosi il grooming tra i primati non umani è considerato un comportamento. Secondo l'ipotesi di Dunbar l'attivazione delle C-LTMRs avverrebbe durante lo sweeping e questo porta a supporre che lo sweeping, come la carezza umana, costituisca una componente affiliativa del grooming, determinando quindi a contribuire alla sua codifica come comportamento sociale. Fino ad ora non vi è però alcuna prova diretta a sostegno di questa ipotesi. In particolare, 1) la velocità cui viene eseguito lo sweeping è compatibile con la velocità di attivazione delle fibre CT nell'uomo e quindi con la velocità tipica della carezza piacevole di carattere sociale affiliativo (1-10 cm/sec)?; 2) lo sweeping induce la stessa modulazione del sistema nervoso autonomo in direzione della modulazione del sistema vagale, come il tocco piacevole nell'uomo, attraverso l'attivazione delle fibre CT?; 3) lo sweeping modula la corteccia insulare, cosi come il tocco piacevole viene codificato come affiliativo nell'uomo mediante le proiezioni delle fibre CT a livello dell'insula posteriore? Lo scopo del presente lavoro è quella di testare l'ipotesi di Dunbar sopra citata, cercando quindi di rispondere alle suddette domande. Le risposte potrebbero consentire di ipotizzare la somiglianza tra lo sweeping, caratteristico del comportamento affiliativo di grooming tra i primati non umani e la carezza. In particolare, abbiamo eseguito 4 studi pilota. Nello Studio 1 abbiamo valutato la velocità con cui viene eseguito lo sweeping tra scimmie Rhesus, mediante una analisi cinematica di video registrati tra un gruppo di scimmie Rhesus. Negli Studi 2 e 3 abbiamo valutato gli effetti sul sistema nervoso autonomo dello sweeping eseguito dallo sperimentatore su una scimmia Rhesus di sesso maschile in una tipica situazione sperimentale. La stimolazione tattile è stata eseguita a diverse velocità, in accordo con i risultati dello Studio 1 e degli studi umani che hanno dimostrato la velocità ottimale e non ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs. In particolare, nello Studio 2 abbiamo misurato la frequenza cardiaca e la variabilità di questa, come indice della modulatione vagale, mentre nello Studio 3 abbiamo valutato gli effetti dello sweeping sul sistema nervoso autonomo in termini di variazioni di temperatura del corpo, nello specifico a livello del muso della scimmia. Infine, nello Studio 4 abbiamo studiato il ruolo della corteccia somatosensoriale secondaria e insulare nella codifica dello sweeping. A questo scopo abbiamo eseguito registrazioni di singoli neuroni mentre la medesima scimmia soggetto sperimentale dello Studio 2 e 3, riceveva lo sweeping a due velocità, una ottimale per l'attivazione delle C-LTMRs secondo gli studi umani e i risultati dei tre studi sopra citati, ed una non ottimale. I dati preliminari ottenuti, dimostrano che 1) (Studio 1) lo sweeping tra scimmie Rhesus viene eseguito con una velocità media di 9.31 cm/sec, all'interno dell'intervallo di attivazione delle fibre CT nell'uomo; 2) (Studio 2) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina una diminuzione della frequenza cardiaca e l'aumento della variabilità della frequenza cardiaca se eseguito alla velocità di 5 e 10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 1 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina l'aumento della frequenza cardiaca e la diminuzione della variabilità di questa, quindi il decremento dell'attivazione del sistema nervoso parasimpatico; 3) (Studio 3) lo sweeping eseguito dallo sperimentatore sulla schiena di una scimmia Rhesus di sesso maschile in una situazione sperimentale determina l'aumento della temperatura corporea a livello del muso della scimmia se eseguito alla velocità di 5-10 cm/sec. Al contrario, lo sweeping eseguito ad una velocità minore di 5 cm/sec o maggiore di 10 cm/sec, determina la diminuzione della temperatura del muso; 4) (Studio 4) la corteccia somatosensoriale secondaria e la corteccia insulare posteriore presentano neuroni selettivamente modulati durante lo sweeping eseguito ad una velocità di 5-13 cm/sec ma non neuroni selettivi per la codifica della velocità dello sweeping minore di 5 cm/sec. Questi risultati supportano l'ipotesi di Dunbar relativa al coinvolgimento delle fibre CT durante lo sweeping. Infatti i dati mettono in luce che lo sweeping viene eseguito con una velocità (9.31 cm/sec), simile a quella di attivazione delle fibre CT nell'uomo (1-10 cm/sec), determina gli stessi effetti fisiologici positivi in termini di frequenza cardiaca (diminuzione) e variabilità della frequenza cardiaca (incremento) e la modulazione delle medesime aree a livello del sistema nervoso centrale (in particolare la corteccia insulare). Inoltre, abbiamo dimostrato per la prima volta che suddetta stimolazione tattile determina l'aumento della temperatura del muso della scimmia. Il presente studio rappresenta la prima prova indiretta dell'ipotesi relativa alla modulazione del sistema delle fibre C-LTMRs durante lo sweeping e quindi della codifica della stimolazione tattile piacevole affiliativa a livello del sistema nervoso centrale ed autonomo, nei primati non umani. I dati preliminari qui presentati evidenziano la somiglianza tra il sistema delle fibre CT dell'uomo e del sistema C-LTMRs nei primati non umano, riguardanti il Social Touch. Nonostante ciò abbiamo riscontrato alcune discrepanze tra i risultati da noi ottenuti e quelli invece ottenuti dagli studi umani. La velocità media dello sweeping è di 9.31 cm / sec, rasente il limite superiore dell’intervallo di velocità che attiva le fibre CT nell'uomo. Inoltre, gli effetti autonomici positivi, in termini di battito cardiaco, variabilità della frequenza cardiaca e temperatura a livello del muso, sono stati evidenziati durante lo sweeping eseguito con una velocità di 5 e 10 cm/sec, quindi al limite superiore dell’intervallo ottimale che attiva le fibre CT nell’uomo. Al contrario, lo sweeping eseguito con una velocità inferiore a 5 cm/sec e superiore a 10 cm/sec determina effetti fisiologici negativo. Infine, la corteccia insula sembra essere selettivamente modulata dallo stimolazione eseguita alla velocità di 5-13 cm/sec, ma non 1-5 cm/sec. Quindi, gli studi sul sistema delle fibre CT nell’uomo hanno dimostrato che la velocità ottimale è 1-10 cm/sec, mentre dai nostri risultati la velocità ottimale sembra essere 5-13 cm / sec. Quindi, nonostante l'omologia tra il sistema delle fibre CT nell'umano deputato alla codifica del tocco piacevole affiliativo ed il sistema delle fibre C-LTMRs nei primati non umani, ulteriori studi saranno necessari per definire con maggiore precisione la velocità ottimale di attivazione delle fibre C-LTMR e per dimostrare direttamente la loro attivazione durante lo sweeping, mediante la misurazione diretta della loro modulazione. Studi in questa direzione potranno confermare l'omologia tra lo sweeping in qualità di tocco affiliativo piacevole tra i primati non umani e la carezza tra gli uomini. Infine, il presente studio potrebbe essere un importante punto di partenza per esplorare il meccanismo evolutivo dietro la trasformazione dello sweeping tra primati non umani, azione utilitaria eseguita durante il grooming, a carezza, gesto puramente affiliativo tra gli uomini.

Towards Closed-loop Deep Brain Stimulation: Behavior Recognition from Human STN

Deep brain stimulation (DBS) provides significant therapeutic benefit for movement disorders such as Parkinson’s disease (PD). Current DBS devices lack real-time feedback (thus are open loop) and stimulation parameters are adjusted during scheduled visits with a clinician. A closed-loop DBS system may reduce power consumption and side effects by adjusting stimulation parameters based on patient’s behavior. Thus behavior detection is a major step in designing such systems. Various physiological signals can be used to recognize the behaviors. Subthalamic Nucleus (STN) Local field Potential (LFP) is a great candidate signal for the neural feedback, because it can be recorded from the stimulation lead and does not require additional sensors. This thesis proposes novel detection and classification techniques for behavior recognition based on deep brain LFP. Behavior detection from such signals is the vital step in developing the next generation of closed-loop DBS devices. LFP recordings from 13 subjects are utilized in this study to design and evaluate our method. Recordings were performed during the surgery and the subjects were asked to perform various behavioral tasks. Various techniques are used understand how the behaviors modulate the STN. One method studies the time-frequency patterns in the STN LFP during the tasks. Another method measures the temporal inter-hemispheric connectivity of the STN as well as the connectivity between STN and Pre-frontal Cortex (PFC). Experimental results demonstrate that different behaviors create different m odulation patterns in STN and it’s connectivity. We use these patterns as features to classify behaviors. A method for single trial recognition of the patient’s current task is proposed. This method uses wavelet coefficients as features and support vector machine (SVM) as the classifier for recognition of a selection of behaviors: speech, motor, and random. The proposed method is 82.4% accurate for the binary classification and 73.2% for classifying three tasks. As the next step, a practical behavior detection method which asynchronously detects behaviors is proposed. This method does not use any priori knowledge of behavior onsets and is capable of asynchronously detect the finger movements of PD patients. Our study indicates that there is a motor-modulated inter-hemispheric connectivity between LFP signals recorded bilaterally from STN. We utilize a non-linear regression method to measure this inter-hemispheric connectivity and to detect the finger movements. Our experimental results using STN LFP recorded from eight patients with PD demonstrate this is a promising approach for behavior detection and developing novel closed-loop DBS systems.

The ubiquitin-proteasome system in retinal health and disease

The ubiquitin–proteasome system (UPS) is the main intracellular pathway for modulated protein turnover, playing an important role in the maintenance of cellular homeostasis. It also exerts a protein quality control through degradation of oxidized, mutant, denatured, or misfolded proteins and is involved in many biological processes where protein level regulation is necessary. This system allows the cell to modulate its protein expression pattern in response to changing physiological conditions and provides a critical protective role in health and disease. Impairments of UPS function in the central nervous system (CNS) underlie an increasing number of genetic and idiopathic diseases, many of which affect the retina. Current knowledge on the UPS composition and function in this tissue, however, is scarce and dispersed. This review focuses on UPS elements reported in the retina, including ubiquitinating and deubiquitinating enzymes (DUBs), and alternative proteasome assemblies. Known and inferred roles of protein ubiquitination, and of the related, SUMO conjugation (SUMOylation) process, in normal retinal development and adult homeostasis are addressed, including modulation of the visual cycle and response to retinal stress and injury. Additionally, the relationship between UPS dysfunction and human neurodegenerative disorders affecting the retina, including Alzheimer's, Parkinson's, and Huntington's diseases, are dealt with, together with numerous instances of retina-specific illnesses with UPS involvement, such as retinitis pigmentosa, macular degenerations, glaucoma, diabetic retinopathy (DR), and aging-related impairments. This information, though still basic and limited, constitutes a suitable framework to be expanded in incoming years and should prove orientative toward future therapy design targeting sight-affecting diseases with a UPS underlying basis.

Control of neuronal signalling pathways by CYP46A1, an enzime involved in brain cholesterol homeostasis

Tese de doutoramento, Farmácia (Biologia Celular e Molecular), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Development of a magnetic resonance compatible wrist device for the analysis of movement encoding in the brain

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2016

Metabolomics analysis in rats with thiamine deficiency identifies key metabolites in vulnerable brain regions and suggests neural stem progenitor cells play a role in ameliorating metabolic dysfunction

La documentation scientifique fait état de la présence, chez l’adulte, de cellules souches et progénitrices neurales (CSPN) endogènes dans les zones sous-ventriculaire et sous-granulaire du cerveau ainsi que dans le gyrus denté de l’hippocampe. De plus, un postulat selon lequel il serait également possible de retrouver ce type de cellules dans la moelle épinière et le néocortex des mammifères adultes a été énoncé. L’encéphalopathie de Wernicke, un trouble neurologique grave toutefois réversible qui entraîne un dysfonctionnement, voire une défaillance du cerveau, est causée principalement par une carence importante en thiamine (CT). Des observations récentes laissent envisager que les facteurs en cause dans la prolifération et la différenciation des CSPN pourraient également jouer un rôle important lors d’un épisode de CT. L’hypothèse, selon laquelle l’identification de nouveaux métabolites entrant dans le mécanisme ou la séquence de réactions se soldant en une CT pourraient en faciliter la compréhension, a été émise au moyen d'une démarche en cours permettant d’établir le profil des modifications métaboliques qui surviennent en de telles situations. Cette approche a été utilisée pour constater les changements métaboliques survenus au niveau du foyer cérébral dans un modèle de rats déficients en thiamine (rats DT), particulièrement au niveau du thalamus et du colliculus inférieur (CI). La greffe de CSPN a quant à elle été envisagée afin d’apporter de nouvelles informations sur la participation des CSPN lors d’un épisode de CT et de déterminer les bénéfices thérapeutiques potentiels offerts par cette intervention. Les sujets de l’étude étaient répartis en quatre groupes expérimentaux : un premier groupe constitué de rats dont la CT était induite par la pyrithiamine (rats DTiP), un deuxième groupe constitué de rats-contrôles nourris ensemble (« pair-fed control rats » ou rats PFC) ainsi que deux groupes de rats ayant subi une greffe de CSPN, soit un groupe de rats DTiP greffés et un dernier groupe constitué de rats-contrôles (rats PFC) greffés. Les échantillons de foyers cérébraux (thalamus et CI) des quatre groupes de rats ont été prélevés et soumis à des analyses métabolomiques non ciblées ainsi qu’à une analyse visuelle par microscopie à balayage électronique (SEM). Une variété de métabolites-clés a été observée chez les groupes de rats déficients en thiamine (rats DTiP) en plus de plusieurs métabolites dont la documentation ne faisait pas mention. On a notamment constaté la présence d’acides biliaires, d’acide cynurénique et d’acide 1,9— diméthylurique dans le thalamus, alors que la présence de taurine et de carnosine a été observée dans le colliculus inférieur. L’étude a de plus démontré une possible implication des CSPN endogènes dans les foyers cérébraux du thalamus et du colliculus inférieur en identifiant les métabolites-clés ciblant les CSPN. Enfin, les analyses par SEM ont montré une amélioration notable des tissus à la suite de la greffe de CSPN. Ces constatations suggèrent que l’utilisation de CSPN pourrait s’avérer une avenue thérapeutique intéressante pour soulager la dégénérescence symptomatique liée à une grave carence en thiamine chez l’humain.