Role of the cotransporter KCC2 in cortical excitatory synapse development and febrile seizure susceptibility

Le co-transporteur KCC2 spécifique au potassium et chlore a pour rôle principal de réduire la concentration intracellulaire de chlore, entraînant l’hyperpolarisation des courants GABAergic l’autorisant ainsi à devenir inhibiteur dans le cerveau mature. De plus, il est aussi impliqué dans le développement des synapses excitatrices, nommées aussi les épines dendritiques. Le but de notre projet est d’étudier l’effet des modifications concernant l'expression et la fonction de KCC2 dans le cortex du cerveau en développement dans un contexte de convulsions précoces. Les convulsions fébriles affectent environ 5% des enfants, et ce dès la première année de vie. Les enfants atteints de convulsions fébriles prolongées et atypiques sont plus susceptibles à développer l’épilepsie. De plus, la présence d’une malformation cérébrale prédispose au développement de convulsions fébriles atypiques, et d’épilepsie du lobe temporal. Ceci suggère que ces pathologies néonatales peuvent altérer le développement des circuits neuronaux irréversiblement. Cependant, les mécanismes qui sous-tendent ces effets ne sont pas encore compris. Nous avons pour but de comprendre l'impact des altérations de KCC2 sur la survenue des convulsions et dans la formation des épines dendritiques. Nous avons étudié KCC2 dans un modèle animal de convulsions précédemment validé, qui combine une lésion corticale à P1 (premier jour de vie postnatale), suivie d'une convulsion induite par hyperthermie à P10 (nommés rats LHS). À la suite de ces insultes, 86% des rats mâles LHS développent l’épilepsie à l’âge adulte, au même titre que des troubles d’apprentissage. À P20, ces animaux presentent une augmentation de l'expression de KCC2 associée à une hyperpolarisation du potentiel de réversion de GABA. De plus, nous avons observé des réductions dans la taille des épines dendritiques et l'amplitude des courants post-synaptiques excitateurs miniatures, ainsi qu’un déficit de mémoire spatial, et ce avant le développement des convulsions spontanées. Dans le but de rétablir les déficits observés chez les rats LHS, nous avons alors réalisé un knock-down de KCC2 par shARN spécifique par électroporation in utero. Nos résultats ont montré une diminution de la susceptibilité aux convulsions due à la lésion corticale, ainsi qu'une restauration de la taille des épines. Ainsi, l’augmentation de KCC2 à la suite d'une convulsion précoce, augmente la susceptibilité aux convulsions modifiant la morphologie des épines dendritiques, probable facteur contribuant à l’atrophie de l’hippocampe et l’occurrence des déficits cognitifs. Le deuxième objectif a été d'inspecter l’effet de la surexpression précoce de KCC2 dans le développement des épines dendritiques de l’hippocampe. Nous avons ainsi surexprimé KCC2 aussi bien in vitro dans des cultures organotypiques d’hippocampe, qu' in vivo par électroporation in utero. À l'inverse des résultats publiés dans le cortex, nous avons observé une diminution de la densité d’épines dendritiques et une augmentation de la taille des épines. Afin de confirmer la spécificité du rôle de KCC2 face à la région néocorticale étudiée, nous avons surexprimé KCC2 dans le cortex par électroporation in utero. Cette manipulation a eu pour conséquences d’augmenter la densité et la longueur des épines synaptiques de l’arbre dendritique des cellules glutamatergiques. En conséquent, ces résultats ont démontré pour la première fois, que les modifications de l’expression de KCC2 sont spécifiques à la région affectée. Ceci souligne les obstacles auxquels nous faisons face dans le développement de thérapie adéquat pour l’épilepsie ayant pour but de moduler l’expression de KCC2 de façon spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Corrélats neuronaux du circuit des récompenses chez les jeunes à risque parental de troubles de l'humeur

Cette thèse a pour objectif l’investigation du circuit des récompenses, sur les plans comportementaux et neuronaux, chez des adolescents à risque parental élevé de dépression majeure et de trouble bipolaire, en comparaison à des jeunes à risque parental peu élevé. Plus précisément, le but est d’identifier des marqueurs comportementaux et neuronaux du risque de développer une dépression majeure ou un trouble bipolaire, afin d’être en mesure de détecter et de prévenir ces troubles le plus tôt possible pour éviter, ou du moins retarder, leur émergence. Pour ce faire, nous avons réalisé deux études, présentées ici dans deux articles empiriques. Dans le premier article, le fonctionnement comportemental et neuronal du circuit des récompenses a été investigué au moyen d’une tâche d’anticipation et d’obtention de gains et de pertes monétaires, chez des adolescents à risque parental de dépression majeure (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de dépression majeure), des adolescents à risque parental de trouble bipolaire (i.e., jeunes asymptomatiques dont un des parents souffre de trouble bipolaire) et des adolescents contrôles (i.e., jeunes asymptomatiques dont les deux parents sont en bonne santé mentale). Au niveau comportemental, les résultats ont révélé une meilleure performance chez les jeunes à risque de dépression majeure lorsqu’ils devaient éviter d’obtenir des pertes monétaires de magnitude variée (0,20$, 1$ ou 5$), ainsi qu’une meilleure performance chez les jeunes à risque de trouble bipolaire sur les essais impliquant d’éviter des pertes monétaires de magnitude nulle (0$). Au niveau neuronal, les jeunes à risque de dépression majeure démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude variée, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire démontraient une diminution de l’activation du cortex préfrontal dorsolatéral lors de l’anticipation de potentielles pertes monétaires de magnitude nulle. De plus, les jeunes à risque de dépression majeure tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal durant l’évitement réussi de pertes monétaires, tandis que les jeunes à risque de trouble bipolaire tendaient à démontrer une augmentation de l’activité du cortex orbitofrontal lors de l’obtention de pertes monétaires. Dans le deuxième article, l’intégrité structurelle des régions fronto-limbiques a été investiguée, au moyen de mesures du volume, de l’épaisseur corticale et de la superficie corticale. Les résultats ont mis en évidence, chez les jeunes à risque de trouble bipolaire, un volume plus élevé du cortex préfrontal dorsolatéral, par rapport aux jeunes à risque de dépression majeure et contrôles. De plus, les jeunes à risque de trouble bipolaire présentaient un volume plus élevé du cortex cingulaire postérieur, en comparaison aux jeunes à risque de dépression majeure. Enfin, une diminution de l’épaisseur corticale du cortex orbitofrontal et du gyrus frontal moyen a été observée chez les adolescents à risque de trouble bipolaire, en comparaison au groupe contrôle. L’ensemble de ces résultats démontre ainsi l’existence de particularités comportementales et d’altérations neuronales sur les plans fonctionnel et structurel, chez des jeunes à risque élevé de troubles de l’humeur, et ce, avant même l’émergence des premiers symptômes thymiques. Plus particulièrement, ces caractéristiques pourraient constituer des marqueurs du risque de développer un trouble de l’humeur. Par conséquent, ces marqueurs pourraient aider à mieux identifier les jeunes qui sont le plus à risque de développer un trouble de l’humeur, et ainsi permettre la mise en place précoce de stratégies préventives adaptées, afin d’éviter des trajectoires développementales psychopathologiques.

Definition and diagnostic criteria of sleep-related hypermotor epilepsy

The syndrome known as nocturnal frontal lobe epilepsy is recognized worldwide and has been studied in a wide range of clinical and scientific settings (epilepsy, sleep medicine, neurosurgery, pediatric neurology, epidemiology, genetics). Though uncommon, it is of considerable interest to practicing neurologists because of complexity in differential diagnosis from more common, benign sleep disorders such as parasomnias, or other disorders like psychogenic nonepileptic seizures. Moreover, misdiagnosis can have substantial adverse consequences on patients' lives. At present, there is no consensus definition of this disorder and disagreement persists about its core electroclinical features and the spectrum of etiologies involved. To improve the definition of the disorder and establish diagnostic criteria with levels of certainty, a consensus conference using formal recommended methodology was held in Bologna in September 2014. It was recommended that the name be changed to sleep-related hypermotor epilepsy (SHE), reflecting evidence that the attacks are associated with sleep rather than time of day, the seizures may arise from extrafrontal sites, and the motor aspects of the seizures are characteristic. The etiology may be genetic or due to structural pathology, but in most cases remains unknown. Diagnostic criteria were developed with 3 levels of certainty: witnessed (possible) SHE, video-documented (clinical) SHE, and video-EEG-documented (confirmed) SHE. The main research gaps involve epidemiology, pathophysiology, treatment, and prognosis.

Asset sharing with state and local law enforcement.

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A letter to the Solicitor general, on the seizure of papers /

Mode of access: Internet.

Probable cause to arrest and admissibility of evidence /

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Toxicokinetics of domoic acid in a nonhuman primate model (Macaca fascicularis)

Thesis (Master's)--University of Washington, 2016-06

Prevalence of mixed neuropathologies in autopsied older adults and associations with clinical disease progression

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Critical relationship between sodium valproate dose and human teratogenicity: results of the Australian register of anti-epileptic drugs in pregnancy

To compare the incidence of foetal malformations (FMs) in pregnant women with epilepsy treated with different anti-epileptic drugs (AED) and doses, and the influence of seizures, family and personal history, and environmental factors. A prospective, observational, community-based cohort study. Methods. A voluntary, Australia-wide, telephone-interview-based register prospectively enrolling three groups of pregnant women: taking AEDs for epilepsy; with epilepsy not taking AEDs; taking AEDs for a non-epileptic indication. Four hundred and fifty eligible women were enrolled over 40 months. Three hundred and ninety six pregnancies had been completed, with 7 sets of twins, for a total of 403 pregnancy outcomes. Results. 354 (87.8%) pregnancy outcomes resulted in a healthy live birth, 26 (6.5%) had a FM, 4 (1%) a death in utero, 1 (0.2%) a premature labour with stillbirth, 14 (3.5%) a spontaneous abortion and 4 lost to follow-up. The FM rate was greater in pregnancies exposed to sodium valproate (VPA) in the first trimester (116.0%) compared with those exposed to all other AEDs (16.0% vs. 2.4%, P < 0.01) or no AEDs (16.0% vs. 3.1 %, P < 0.01). The mean daily dose of VPA taken in pregnancy with FMs was significantly greater than in those without (11975 vs: 1128 mg, P < 0.01). The incidence of FM with VPA doses greater than or equal to 1100 mg was 30.2% vs. 3.2% with doses < 1100 mg (P < 0.01). Conclusions. There is a dose-effect relationship for FM and exposure to VPA during the first trimester of pregnancy, with higher doses of VPA associated with a significantly greater risk than with lower doses or with other AEDs. These results highlight the need to limit, where possible, the dose of VPA in pregnancy. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Foetal malformations and seizure control: 52 months data of the Australian Pregnancy Registry

The Australian Pregnancy Registry, affiliated European Register of Antiepileptic drugs in Pregnancy (EURAP), recruits informed consenting women with epilepsy on treatment with antiepileptic drugs (AEDs), those untreated, and women on AEDs for other indications. Enrolment is considered prospective if it has occurred before presence or absence of major foetal malformations (FMs) are known, or retrospective, if they had occurred after the birth of infant or detection of major FM. Telephone Interviews are conducted to ascertain pregnancy outcome and collect data about seizures. To date 630 women have been enrolled, with 565 known pregnancy outcomes. Valproate (VPA) above 1100 mg/day was associated with a significantly higher incidence of FMs than other AEDs (P < 0.05). This was independent of other AED use or potentially confounding factors on multivariate analysis (OR = 7.3, P < 0.0001). Lamotrigine (LTG) monotherapy (n = 65), has so far been free of malformations. Although seizure control was not a primary outcome, we noted that more patients on LTG than on VPA required dose adjustments to control seizures. Data indicate an increased risk of FM in women taking VPA in doses > 1100 mg/day compared with other AEDs. The choice of AED for pregnant women with epilepsy requires assessment of balance of risks between teratogenicity and seizure control.

A novel conotoxin inhibitor of Kv1.6 channel and nAChR subtypes defines a new superfamily of conotoxins

Using assay-directed fractionation of the venom from the vermivorous cone snail Conus planorbis, we isolated a new conotoxin, designated p114a, with potent activity at both nicotinic acetylcholine receptors and a voltage-gated potassium channel subtype. p114a contains 25 amino acid residues with an amidated C-terminus, an elongated N-terminal tail (six residues), and two disulfide bonds (1-3, 2-4 connectivity) in a novel framework distinct from other conotoxins. The peptide was chemically synthesized, and its three-dimensional structure was demonstrated to be well-defined, with an R-helix and two 3(10)-helices present. Analysis of a cDNA clone encoding the prepropeptide precursor of p114a revealed a novel signal sequence, indicating that p114a belongs to a new gene superfamily, the J-conotoxin superfamily. Five additional peptides in the J-superfamily were identified. Intracranial injection of p114a in mice elicited excitatory symptoms that included shaking, rapid circling, barrel rolling, and seizures. Using the oocyte heterologous expression system, p114a was shown to inhibit both a K+ channel subtype (Kv1.6, IC50) 1.59 mu M) and neuronal (IC50 = 8.7 mu M for alpha 3 beta 4) and neuromuscular (IC50 = 0.54 mu M for alpha 1 beta 1 is an element of delta) subtypes of the nicotinic acetylcholine receptor ( nAChR). Similarities in sequence and structure are apparent between the middle loop of p114a and the second loop of a number of alpha-conotoxins. This is the first conotoxin shown to affect the activity of both voltage-gated and ligand-gated ion channels.

Documenting the heroin shortage in New South Wales

Australian heroin markets have recently undergone dramatic change, sparking debate about the nature of such markets. This study aimed to determine the onset, peak and decline of the heroin shortage in New South Wales (NSW), using the most appropriate available methods to detect market level changes. The parameters of the heroin shortage were determined by reviewing: reports of heroin users about availability and price (derived from the existing literature and the Illicit Drug Reporting System); qualitative interviews with injecting drug users, and health and law enforcement professionals working in the illicit drug field; and examining data on heroin seizures over the past decade. There was a marked reduction in heroin supply in NSW in early 2001. An increase in the price of heroin occurred in 2001, whereas it had decreased steadily since 1996. A reduction in purity also occurred, as reported by drug users and heroin seizures. The peak period of the shortage appears to have been January to April 2001. The market appears to have stabilised since that time, although it has not returned to pre- 2001 levels: heroin prices have decreased in NSW for street grams, but not to former levels, and the price of `caps' (street deals) remain elevated. Heroin purity in NSW has remained low, with perhaps a 10% increase above the lowest recorded levels. These data support the notion that the heroin market in NSW underwent significant changes, which appear to have involved a lasting shift in the nature of the market.

Seizure detection algorithm for neonates based on wave-sequence analysis

Objective: The description and evaluation of the performance of a new real-time seizure detection algorithm in the newborn infant. Methods: The algorithm includes parallel fragmentation of EEG signal into waves; wave-feature extraction and averaging; elementary, preliminary and final detection. The algorithm detects EEG waves with heightened regularity, using wave intervals, amplitudes and shapes. The performance of the algorithm was assessed with the use of event-based and liberal and conservative time-based approaches and compared with the performance of Gotman's and Liu's algorithms. Results: The algorithm was assessed on multi-channel EEG records of 55 neonates including 17 with seizures. The algorithm showed sensitivities ranging 83-95% with positive predictive values (PPV) 48-77%. There were 2.0 false positive detections per hour. In comparison, Gotman's algorithm (with 30 s gap-closing procedure) displayed sensitivities of 45-88% and PPV 29-56%; with 7.4 false positives per hour and Liu's algorithm displayed sensitivities of 96-99%, and PPV 10-25%; with 15.7 false positives per hour. Conclusions: The wave-sequence analysis based algorithm displayed higher sensitivity, higher PPV and a substantially lower level of false positives than two previously published algorithms. Significance: The proposed algorithm provides a basis for major improvements in neonatal seizure detection and monitoring. Published by Elsevier Ireland Ltd. on behalf of International Federation of Clinical Neurophysiology.

White and gray matter development in human fetal, newborn and pediatric brains

Brain anatomy is characterized by dramatic growth from the end of the second trimester through the neonatal stage. The characterization of normal axonal growth of the white matter tracts has not been well-documented to date and could provide important clues to understanding the extensive inhomogeneity of white matter injuries in cerebral palsy (CP) patients. However, anatomical studies of human brain development during this period are surprisingly scarce and histology-based atlases have become available only recently. Diffusion tensor magnetic resonance imaging (DTMRI) can reveal detailed anatomy of white matter. We acquired diffusion tensor images (DTI) of postmortem fetal brain samples and in vivo neonates and children. Neural structures were annotated in two-dimensional (2D) slices, segmented, measured, and reconstructed three-dimensionally (3D). The growth status of various white matter tracts was evaluated on cross-sections at 19-20 gestational weeks, and compared with 0-month-old neonates and 5- to 6-year-old children. Limbic, commissural, association, and projection white matter tracts and gray matter structures were illustrated in 3D and quantitatively characterized to assess their dynamic changes. The overall pattern of the time courses for the development of different white matter is that limbic fibers develop first and association fibers last and commissural and projection fibers are forming from anterior to posterior part of the brain. The resultant DTNIRI-based 3D human brain data will be a valuable resource for human brain developmental study and will provide reference standards for diagnostic radiology of premature newborns. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.