New insights to the molecular phylogenetics and generic assessment in the Rhacophoridae (Amphibia: Anura) based on five nuclear and three mitochondrial genes, with comments on the evolution of reproduction

The phylogenetic relationships among 12 genera of treefrogs (Family, Rhacophoridae), were investigated based on a large sequence data set, including five nuclear (brain-derived neurotrophic factor, proopiomelanocortin, recombination activating gene 1, tyr

Mechanisms of specificity in neuronal activity-regulated gene transcription.

The brain is a highly adaptable organ that is capable of converting sensory information into changes in neuronal function. This plasticity allows behavior to be accommodated to the environment, providing an important evolutionary advantage. Neurons convert environmental stimuli into long-lasting changes in their physiology in part through the synaptic activity-regulated transcription of new gene products. Since the neurotransmitter-dependent regulation of Fos transcription was first discovered nearly 25 years ago, a wealth of studies have enriched our understanding of the molecular pathways that mediate activity-regulated changes in gene transcription. These findings show that a broad range of signaling pathways and transcriptional regulators can be engaged by neuronal activity to sculpt complex programs of stimulus-regulated gene transcription. However, the shear scope of the transcriptional pathways engaged by neuronal activity raises the question of how specificity in the nature of the transcriptional response is achieved in order to encode physiologically relevant responses to divergent stimuli. Here we summarize the general paradigms by which neuronal activity regulates transcription while focusing on the molecular mechanisms that confer differential stimulus-, cell-type-, and developmental-specificity upon activity-regulated programs of neuronal gene transcription. In addition, we preview some of the new technologies that will advance our future understanding of the mechanisms and consequences of activity-regulated gene transcription in the brain.

Clinical features of psychotic disorders and polymorphisms in HT2A, DRD2, DRD4, SLC6A3 (DAT1), and BDNF:a family based association study

Schizophrenia is clinically heterogeneous and multidimensional, but it is not known whether this is due to etiological heterogeneity. Previous studies have not consistently reported association between any specific polymorphisms and clinical features of schizophrenia, and have primarily used case-control designs. We tested for the presence of association between clinical features and polymorphisms in the genes for the serotonin 2A receptor (HT2A), dopamine receptor types 2 and 4, dopamine transporter (SLC6A3), and brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Two hundred seventy pedigrees were ascertained on the basis of having two or more members with schizophrenia or poor outcome schizoaffective disorder. Diagnoses were made using a structured interview based on the SCID. All patients were rated on the major symptoms of schizophrenia scale (MSSS), integrating clinical and course features throughout the course of illness. Factor analysis revealed positive, negative, and affective symptom factors. The program QTDT was used to implement a family-based test of association for quantitative traits, controlling for age and sex. We found suggestive evidence of association between the His452Tyr polymorphism in HT2A and affective symptoms (P = 0.02), the 172-bp allele of BDNF and negative symptoms (P = 0.04), and the 480-bp allele in SLC6A3 (= DAT1) and negative symptoms (P = 0.04). As total of 19 alleles were tested, we cannot rule out false positives. However, given prior evidence of involvement of the proteins encoded by these genes in psychopathology, our results suggest that more attention should be focused on the impact of these alleles on clinical features of schizophrenia.

Prostaglandin E2 as a regulator of germ cells during ovarian development

CONTEXT: The formation of primordial follicles occurs during fetal life yet is critical to the determination of adult female fertility. Prior to this stage, germ cells proliferate, enter meiosis, and associate with somatic cells. Growth and survival factors implicated in these processes include activin A (INHBA), the neurotrophins BDNF and NT4 (NTF5), and MCL1. The prostaglandins have pleiotrophic roles in reproduction, notably in ovulation and implantation, but there are no data regarding roles for prostaglandins in human fetal ovarian development.

OBJECTIVE: The aim of the study was to investigate a possible role for prostaglandin (PG) E(2) in human fetal ovary development.

DESIGN: In vitro analysis of ovarian development between 8 and 20 wk gestation was performed.

MAIN OUTCOME MEASURE(S): The expression patterns of PG synthesis enzymes and the PGE(2) receptors EP2 and EP4 in the ovary were assessed, and downstream effects of PGE(2) on gene expression were analyzed.

RESULTS: Ovarian germ cells express the PG synthetic enzymes COX2 and PTGES as well as the EP2 and EP4 receptors, whereas COX1 is expressed by ovarian somatic cells. Treatment in vitro with PGE(2) increased the expression of BDNF mRNA 1.7 +/- 0.16-fold (P = 0.004); INHBA mRNA, 2.1 +/- 0.51-fold (P = 0.04); and MCL1 mRNA, 1.15 +/- 0.06-fold (P = 0.04), but not that of OCT4, DAZL, VASA, NTF5, or SMAD3.

CONCLUSIONS: These data indicate novel roles for PGE(2) in the regulation of germ cell development in the human ovary and show that these effects may be mediated by the regulation of factors including BDNF, activin A, and MCL1.

Duration-dependent effects of the BDNF Val66Met polymorphism on anodal tDCS induced motor cortex plasticity in older adults: a group and individual perspective

The brain derived neurotrophic factor (BDNF) Val66Met polymorphism and stimulation duration are thought to play an important role in modulating motor cortex plasticity induced by non-invasive brain stimulation (NBS). In the present study we sought to determine whether these factors interact or exert independent effects in older adults. Fifty-four healthy older adults (mean age = 66.85 years) underwent two counterbalanced sessions of 1.5 mA anodal transcranial direct current stimulation (atDCS), applied over left M1 for either 10 or 20 min. Single pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) was used to assess corticospinal excitability (CSE) before and every 5 min for 30 min following atDCS. On a group level, there was an interaction between stimulation duration and BDNF genotype, with Met carriers (n = 13) showing greater post-intervention potentiation of CSE compared to Val66Val homozygotes homozygotes (n = 37) following 20 min (p = 0.002) but not 10 min (p = 0.219) of stimulation. Moreover, Met carriers, but not Val/Val homozygotes, exhibited larger responses to TMS (p = 0.046) after 20 min atDCS, than following 10 min atDCS. On an individual level, two-step cluster analysis revealed a considerable degree of inter-individual variability, with under half of the total sample (42%) showing the expected potentiation of CSE in response to atDCS across both sessions. Intra-individual variability in response to different durations of atDCS was also apparent, with one-third of the total sample (34%) exhibiting LTP-like effects in one session but LTD-like effects in the other session. Both the inter-individual (p = 0.027) and intra-individual (p = 0.04) variability was associated with BDNF genotype. In older adults, the BDNF Val66Met polymorphism along with stimulation duration appears to play a role in modulating tDCS-induced motor cortex plasticity. The results may have implications for the design of NBS protocols for healthy and diseased aged populations.

Synaptic dysfunction in early encephalopathies : from genes to function

Tese de doutoramento, Medicina (Neurologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2015

Study the function of the newly discovered TrkB receptor fragment (TrkB-ICD) formed by calpain cleavage

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2016

Characterization of adenosinergic system in Rett syndrome

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2015

Deciphering the mechanisms underlying the loss of BDNF neuroprotection in an Alzheimer’s disease model

Tese de mestrado, Neurociências, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2016

Potential Therapeutic Effects of Physical Exercise for Bipolar Disorder

Cognitive deficits are observed in a variety of domains in patients with bipolar disorder (BD). These deficits are attributed to neurobiological, functional and structural brain factors, particularly in prefrontal cortex. Furthermore, cortical alterations in each phase (mania/hypomania, euthymia and depression) are also present. A growing basis of evidence supports aerobic exercise as an alternative treatment method for BD symptoms. Its benefits for physical health in healthy subjects and some psychiatric disorders are fairly established; however evidence directly addressed to BD is scant. Lack of methodological consistency, mainly related to exercise, makes it difficult accuracy and extrapolation of the results. Nevertheless, mechanisms related to BD physiopathology, such as hormonal and neurotransmitters alterations and mainly related to brain-derived neurotrophic factors (BDNF) can be explored. BDNF, specially, have a large influence on brain ability and its gene expression is highly responsive to aerobic exercise. Moreover, aerobic exercise trough BDNF may induce chronic stress suppression, commonly observed in patients with BD, and reduce deleterious effects caused by allostatic loads. Therefore, it is prudent to propose that aerobic exercise plays an important role in BD physiopathological mechanisms and it is a new way for the treatment for this and others psychiatric disorders.

Undetectable Levels of CSF Amyloid-β Peptide in a Patient with 17β-Hydroxysteroid Dehydrogenase Deficiency

17β-hydroxysteroid dehydrogenase 10 (HSD10) deficiency is a rare X-linked inborn error of isoleucine catabolism. Although this protein has been genetically implicated in Alzheimer's disease pathogenesis, studies of amyloid-β peptide (Aβ) in patients with HSD10 deficiency have not been previously reported. We found, in a severely affected child with HSD10 deficiency, undetectable levels of Aβ in the cerebrospinal fluid, together with low expression of brain-derived neurotrophic factor, α-synuclein, and serotonin metabolites. Confirmation of these findings in other patients would help elucidating mechanisms of synaptic dysfunction in this disease, and highlight the role of Aβ in both early and late periods of life.

Neuroprotection for optic nerve disorders.

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

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

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

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.

Prédisposition génétique à la chronicité des symptômes post-commotionnels à la suite d'un traumatisme crânio-cérébral léger

La prévalence des troubles du sommeil et de douleur chronique est élevée chez le patient ayant subi un traumatisme crânien cérébral léger (TCCL). L’interaction entre ces plaintes est suggérée chez les patients avec un TCCL mais son étiologie reste encore peu connue. Les résultats de recherche présentés dans le premier article de cette thèse suggèrent que les patients avec un TCCL qui souffrent de douleur ont une modification des ondes cérébrales durant leur sommeil, ce qui pourrait expliquer en partie comment les deux symptômes interagissent. De plus, la douleur, surtout si associée à des troubles de l’humeur, semble jouer un rôle majeur dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Le deuxième article de cette thèse décrit une exacerbation des symptômes post-commotionnels chez le patient ayant eu un TCCL et souffrant de douleur. La persistance ou l’apparition de la douleur chronique à long terme serait prédite par le polymorphisme val66met du gène brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Une étude subséquente, présentée dans le troisième article, nous a permis d’approfondir les bases génétiques et cellulaires du rôle du BDNF dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Des polymorphismes fréquents dans le gène BDNF ont révélé des variantes liées au mauvais pronostic suite à un TCCL. De plus, l’analyse de cellules extraites de patients ayant subi un TCCL démontrent que l’expression de la protéine BDNF peut être modifiée chez le patient de génotype met66 et ayant subi un TCCL, lui conférant ainsi un rôle neuroprotecteur potentiel. En résumé, nous avons tenté de démontrer dans cette thèse que la douleur suite à un TCCL joue un rôle important dans les perturbations du sommeil et dans la persistance des symptômes post-commotionnels. Une prédisposition génétique pourrait contribuer à expliquer le mauvais pronostic et la chronicité des symptômes post-commotionnels suite à un TCCL.