In vitro functionality of isolated embryonic hypothalamic vasopressinergic and oxytocinergic neurons: modulatory effects of brain-derived neurotrophic factor and angiotensin II.

There are only a few studies on the ontogeny and differentiation process of the hypothalamic supraoptic-paraventriculo-neurohypophysial neurosecretory system. In vitro neuron survival improves if cells are of embryonic origin; however, surviving hypothalamic neurons in culture were found to express small and minimal amounts of arginine-vasopressin (AVP) and oxytocin (OT), respectively. The aim of this study was to develop a primary neuronal culture design applicable to the study of magnocellular hypothalamic system functionality. For this purpose, a primary neuronal culture was set up after mechanical dissociation of sterile hypothalamic blocks from 17-day-old Sprague-Dawley rat embryos (E17) of both sexes. Isolated hypothalamic cells were cultured with supplemented (B27)-NeuroBasal medium containing an agent inhibiting non-neuron cell proliferation. The neurosecretory process was characterized by detecting AVP and OT secreted into the medium on different days of culture. Data indicate that spontaneous AVP and OT release occurred in a culture day-dependent fashion, being maximal on day 13 for AVP, and on day 10 for OT. Interestingly, brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and Angiotensin II (A II) were able to positively modulate neuropeptide output. Furthermore, on day 17 of culture, non-specific (high-KCl) and specific (Angiotensin II) stimuli were able to significantly (P < 0.05) enhance the secretion of both neuropeptides over respective baselines. This study suggests that our experimental design is useful for the study of AVP- and OT-ergic neuron functionality and that BDNF and A II are positive modulators of embryonic hypothalamic cell development.

Shift of spawning season and effects of climate warming on developmental stages of a grayling (Salmonidae)

River-dwelling fish, such as European graylings (Thymallus thymallus), are susceptible to changes in climate because they can often not avoid suboptimal temperatures, especially during early developmental stages. We analyzed data collected in a 62-year-long (1948-2009) population monitoring program. Male and female graylings were sampled about three times/week during the yearly spawning season in order to follow the development of the population. The occurrence of females bearing ripe eggs was used to approximate the timing of each spawning season. In the last years of the study, spawning season was more than 3 weeks earlier than in the first years. This shift was linked to increasing water temperatures as recorded over the last 39 years with a temperature logger at the spawning site. In early spring water temperatures rose more slowly than in later spring. Thus, embryos and larvae were exposed to increasingly colder water at a stage that is critical for sex determination and pathogen resistance in other salmonids. In summer, however, fry were exposed to increasingly warmer temperatures. The changes in water temperatures that we found embryos, larvae, and fry were exposed to could be contributing to the decline in abundance that has occurred over the last 30-40 years.

Testing the effects of genetic crossing distance on embryo survival within a metapopulation of brown trout (Salmo trutta)

Predicting progeny performance from parental genetic divergence can potentially enhance the efficiency of supportive breeding programmes and facilitate risk assessment. Yet, experimental testing of the effects of breeding distance on offspring performance remains rare, especially in wild populations of vertebrates. Recent studies have demonstrated that embryos of salmonid fish are sensitive indicators of additive genetic variance for viability traits. We therefore used gametes of wild brown trout (Salmo trutta) from five genetically distinct populations of a river catchment in Switzerland, and used a full factorial design to produce over 2,000 embryos in 100 different crosses with varying genetic distances (FST range 0.005-0.035). Customized egg capsules allowed recording the survival of individual embryos until hatching under natural field conditions. Our breeding design enabled us to evaluate the role of the environment, of genetic and nongenetic parental contributions, and of interactions between these factors, on embryo viability. We found that embryo survival was strongly affected by maternal environmental (i.e. non-genetic) effects and by the microenvironment, i.e. by the location within the gravel. However, embryo survival was not predicted by population divergence, parental allelic dissimilarity, or heterozygosity, neither in the field nor under laboratory conditions. Our findings suggest that the genetic effects of inter-population hybridization within a genetically differentiated meta-population can be minor in comparison to environmental effects.

DNA polymerase activity in trophoblast giant cells in the mouse /

In the developing mouse embryo, the diploid trophectoderm is known to undergo a diploid to giant cell transformation. These cells arise by a process of endoreduplication, characterized by replication of the entire genome without subsequent mitosis or cell division, leading to polyploidy and the formation of giant nuclei. Studies of 13.5 day rat trophoblast derived from the parietal yolk sac have indicated a relatively low rate of DNA polymerase a activity, the noinnal eukaryotic replicase, in comparison to that of DNA polymerase g. These results have suggested that endoreduplication in trophoblast giant cells may not employ the normal replicase enzyme, DNA polymerase a. In order to determine whether a 'switch' from DNA polymerase to DNA polymerase is a necessary concomitant of the diploid to giant cell transformation, two distinct populations of trophoblast giant cells, the primary giant cell derived from the mural trophectoderm and the secondary giant cell derived from the polar trophoectoderm were used. These two populations of trophoblast giant cells can be obtained from the tissue outgrowths of 3.5da blastocysts and the extraembryonic ectoderm (EX) and ectoplacental cone (EPC) of 7.5 day embryos respectively. Tissue outgrowths were treated with aphidicolin, a specific reversible inhibitor of eukaryotic DNA polymerase a, on various days after explantation. The effect of aphidicolin treatment was assessed both qualitatively, using autoradiography and quantitatively by scintillation counting and Feulgen staining. 3 DNA synthesis was measured in control and treated cultures after a Hthymidine pulse. Scintillation counts of the embryo proper revealed that DNA synthesis was consistently inhibited by greater than 907. in the presence of aphidicolin. Inhibition of DNA synthesis in the EX and EPC varied between 81-957. and 82-987. respectively, indicating that most DNA synthesis was mediated by DNA polymerase a, but that a small but significant amount of residual synthesis was indicated. A qualitative approach was then applied to determine whether the apparent residual DNA synthesis was restricted to a subpopulation of giant cells or whether all giant cells displayed a low level of DNA synthesis. Autoradiographs of the ICM of blastocysts and the embryo proper of 7.5da embryos, which acted as diploid control population, was completely inhibited regardless of duration in explant culture. In contrast, primary trophoblast giant cells derived from blastocysts and secondary giant cells derived from the EX and EPC were observed to possess some heavily labelled cells after aphidicolin treatment. These results suggest that although DNA polymerase a is the primary replicating enzyme responsible for endoreduplication in mouse trophoblast giant cells, some nonactivity is also observed. A DNA polymerase assay employing tissue lysates of outgrown 7.5da embryo, EX and EPC tissues was used to attempt to confirm the presence of higher nonactivity in tissues possessing trophoblast giant cells. Employing a series of inhibitors of DNA polymerases, it would appear that DNA polymerase a is the major polymerase active in all tissues of the 7.5da mouse embryo. The nature of the putative residual DNA synthetic activity could not be unequivically determined in this study. Therefore, these results suggest that both primary and secondary trophoblast giant cells possess and use DNA polymerase a in endoreduplicative DNA synthesis. It would appear that the high levels of DNA polymerase g activity reported in trophoblast tissue derived from the 13.5 da rat yolk sac was not a general feature of all endoreduplication.

Assessment of chromatin activity in mouse and human tissues

Pancreatic deoxyribonuclease preferentially digests active genes during all phases of the cell cycle including mitosis. Recently, a DNAse I-directed in ~ nick translation technique has been used to demonstrate differences in the DNAse I sensitivity of euchromatic and heterochromatic regions of mitotic chromosomes. This ill ~ technique has been used in this study to ask whether facultative heterochromatin of the inactive X chromosome can be distinguished from the active X chromosome in mouse and human tissues. In addition to this, in ~ nick translation has been used to distinguish constitutive heterochromatin in mouse and human mitotic chromosomes. Based on relative levels of DNAse I sensitivity, the inactive X chromosome could not be distinguished from the active X chromosome in either mouse or human tissues but regions of constitutive heterochromatin could be distinguished by their relative DNAse I insensitivity. The use of !D situ nick translation was also applied to tissue sections of 7.5 day mouse embryos to ask whether differing levels of DNAse I sensitivity could be detected between different tissue types. Differences in DNAse I sensitivities were detected in three tissues examined; embryonic ectoderm, an embryo-derived tissue, and two extraembryonic tissues, extraembryonic ectoderm and ectoplacental cone. Embryonic ectoderm and extraembryonic ectoderm nuclei possessed comparable levels of DNAse I sensitivity while ectoplacental cone was significantly less DNAse I sensitive. This suggests that tissue-specific mechanisms such as chromatin structure may be involved in the regulation of gene activity in certain tissue types. This may also shed some light on possible tissue specific mechanisms regulating X chromosome activity in the developing mouse embryo.

The isolation, partial purification and preliminary characterization of a growth factor from chick embryo brains

Chicl( brain growth factor (CBGF) is a mitogen isolated from embryonic chick brains thought to have a potential role as a trophic factor involved in nerve dependent amphibian limb regeneration. In addition, CBGF stimulates 3H-thymidine incorporation in chick embryo brain astrocytes in vitro. In this study, cultured chick embryo brain non-neuronal cells were employed in a bioassay to monitor CBGF activity throughout various stages of its pllrification. Cell culture and assay conditions were optimized. Nonneuronal cells grew best on collagen-coated culture dishes in complete medium, were most responsive to a growth stimulus [10% fetal bovine serum (FBS)] at the second and third subcultures, and were healthiest when rendered "quiescent" in medium supplemented with 1% FBS. The most effective bioassay conditions consisted of a minimum 14.5 hour "quiescence" time (24 hours was used), a 6 hour "prestimulation" time, and a 24 hour 3H-thymidine labeling time. Four-day subconfluent primary non-neuronal cells consisted of 6.63% GFAP positive cells; as a result cultures were thought to be mainly composed of astroblasts. CBGF was purified from 18-day chick embryo brains by ultrafiltration through Amicon PM-30 and YM-2 membranes, size exclusion chromatography through a Biogel P6 column, and analytical reverse-phase high-performance liquid chromatography (rp-HPLC). The greatest activity resided in rp-HPLC fraction #7 (10 ng/ml) which was as effective as 10% FBS at stimulating 3H-thymidine incorporation in chick embryo brain nonneuronal cells. Although other researchers report the isolation of a mitogenic fraction consisting of 5'-GMP from the embryonic chick brain, UV absorbance spectra, rp-HPLC elution profiles, and fast atom bombardment (FAB) mass spectra indicated that CBGF is neither 5'-GMP nor 51-AMP. 2 Moreover, commercially available 5t-GMP was inhibitory to 3H-thymidine incorporation in the chick non-neuronal cells, while Sf-AMP had no effect. Upon treatment with pronase, the biological activity of fraction P6-3 increased; this increase was nearly 30% greater than what would be expected from a simple additive effect of any mitogenic activity of pronase alone together with P6-3 alone. This may suggest the presence of an inhibitor protein. The bioactive component may be a protein protected by a nucleoside/nucleotide or simply a nucleoside/nucleotide acting alone. While the FAB mass spectrum of rp-HPLC fraction #7 did not reveal molecular weight or sequence information, the ion of highest molecular weight was observed at m/z 1610; this is consistent with previous estimations of CBGF's size. 3

A possible role for chemokine signalling through CXCR4 as a downstream effector of retinoic acid signalling in the regenerating tail and spinal cord of Notophthalmus viridescens

The newt, Notopthalmus viridescens is one of the few tet rapod vertebrates capable of extensive regeneration of the central nervous system, however, the factors involved in this process are still unknown. Chemokine signalling through the receptor CXCR4, has been found to be involved in the development of the central nervous system of mammals and more recently in epimorphic fin regeneration in zebrafish. We have hypothesized that the CXCR4 signalling pathway is involved in spinal cord and tail regeneration in the adul t newt , possibly as a downstream target of retinoic acid signalling. We found that CXCR4 mRNA expression was observed in the brain, spinal cord, heart, gut, liver and regenerating tail blastemas. CXCR4 expression increased over the f i rst 12 days of tail regeneration and returned to basal expression levels at day 21 of regeneration. Inhibition of CXCR4 wi th AMD3100, a specific receptor antagonist, led to a decrease in CXCR4 mRNA in the regenerating tail 14 days post amputation. Histological analysis suggests a delay in the early stages of tail and spinal cord regeneration. Spinal cord explants t reated wi th CXCL12, the ligand to CXCR4, displayed enhanced neurite outgrowth in vitro. Explants t reated wi th AMD3100 abolished any retinoic acid enhanced neurite outgrowth effects suggesting a link between these signalling pathways.

Formation and differentiation of multiple mesenchymal lineages during lung development is regulated by {beta}-catenin signaling.

BACKGROUND: The role of ss-catenin signaling in mesodermal lineage formation and differentiation has been elusive. METHODOLOGY: To define the role of ss-catenin signaling in these processes, we used a Dermo1(Twist2)(Cre/+) line to target a floxed beta-catenin allele, throughout the embryonic mesenchyme. Strikingly, the Dermo1(Cre/+); beta-catenin(f/-) conditional Knock Out embryos largely phenocopy Pitx1(-/-)/Pitx2(-/-) double knockout embryos, suggesting that ss-catenin signaling in the mesenchyme depends mostly on the PITX family of transcription factors. We have dissected this relationship further in the developing lungs and find that mesenchymal deletion of beta-catenin differentially affects two major mesenchymal lineages. The amplification but not differentiation of Fgf10-expressing parabronchial smooth muscle progenitor cells is drastically reduced. In the angioblast-endothelial lineage, however, only differentiation into mature endothelial cells is impaired. CONCLUSION: Taken together these findings reveal a hierarchy of gene activity involving ss-catenin and PITX, as important regulators of mesenchymal cell proliferation and differentiation.

Enjeux éthiques et légaux des applications du diagnostic préimplantatoire au Canada

"Mémoire présenté à la Faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de LLM en maîtrise option recherche axe Droit, Biotechnologies et Société"

Legal aspects of animal-human combinations in Canada

This article examines the current legal regime applicable to animal-human combinations under the Assisted Human Reproduction Act (Canada). The Act prohibits as criminal offences the use of non-human reproductive material in humans, the use in humans of human reproductive material previously transplanted into a non-human life form, the creation of chimeras made from human embryos, and the creation for reproductive purposes of human/non-human hybrids. Additional animal-human combinations, such as transgenic life forms, may be regulated pursuant to section 11 of the Act in the future. The underlying concerns of the Act in establishing this regime appear to be the protection of human health and safety, human dignity and individuality, and the human genome. The Act seems calibrated to prohibit the creation of animal-human combinations that are currently unsafe and scientifically and ethically problematic, while leaving open the possibility of regulating other such combinations with more immediate scientific potential, although these also raise ethical questions. Currently, certain differences subsist in Canada between what is permissible for researchers and institutions funded by federal agencies and those in privately funded research. The development of the regulatory framework under the Act will reveal how freedom of research will be balanced against the need for scientifically valid and ethically justifiable research, and whether these differences will continue to apply.

Dissection du programme développemental du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension.

Regulation of the memory T cell development and islet beta-cell survival by DAPK-related apoptosis-inducing protein kinase 2 (Drak2)

Drak2 est un membre de la famille des protéines associées à la mort et c’est une sérine/thréonine kinase. Chez les souris mutantes nulles Drak2, les cellules T ne présentent aucune défectuosité apparente en apoptose induite par activation, après stimulation avec anti-CD3 et anti-CD28, mais ont un seuil de stimulation réduit, comparées aux cellules T de type sauvage (TS). Dans notre étude, l’analyse d’hybridation in situ a révélé que l’expression de Drak2 est ubiquiste au stade de la mi-gestation chez les embryons, suivie d’une expression plus focale dans les divers organes pendant la période périnatale et l’âge adulte, notamment dans le thymus, la rate, les ganglions lymphatiques, le cervelet, les noyaux suprachiasmatiques, la glande pituitaire, les lobes olfactifs, la médullaire surrénale, l’estomac, la peau et les testicules. Nous avons créé des souris transgéniques (Tg) Drak2 en utilisant le promoteur humain beta-actine. Ces souris Tg montraient des ratios normaux entre cellules T versus B et entre cellules CD4 versus CD8, mais leur cellularité et leur poids spléniques étaient inférieurs comparé aux souris de type sauvage. Après activation TCR, la réponse proliférative des cellules T Tg Drak2 était normale, même si leur production d’interleukine (IL)-2 et IL-4 mais non d’interféron-r était augmentée. Les cellules T Tg Drak2 activées ont démontré une apoptose significativement accrue en présence d’IL-2 exogène. Au niveau moléculaire, les cellules T Tg Drak2 ont manifesté une augmentation moins élevée des facteurs anti-apoptotiques durant l’activation; un tel changement a probablement rendu les cellules vulnérables aux attaques subséquentes d’IL-2. L’apoptose compromise dans les cellulesT Tg Drak2 a été associée à un nombre réduit de cellules T ayant le phénotype des cellules mémoires (CD62Llo) et avec des réactions secondaires réprimées des cellules T dans l’hypersensibilité de type différé. Ces résultats démontrent que Drak2 s’exprime dans le compartiment des cellules T mais n’est pas spécifique aux cellules T; et aussi qu’il joue des rôles déterminants dans l’apoptose des cellules T et dans le développement des cellules mémoires T. En outre, nous avons recherché le rôle de Drak2 dans la survie des cellules beta et le diabète. L’ARNm et la protéine Drak2 ont été rapidement induits dans les cellules beta de l’îlot après stimulation exogène par les cytokines inflammatoires ou les acides gras libres et qui est présente de façon endogène dans le diabète, qu’il soit de type 1 ou de type 2. La régulation positive de Drak2 a été accompagnée d’une apoptose accrue des cellules beta. L’apoptose des cellules beta provoquée par les stimuli en question a été inhibée par la chute de Drak2 en utilisant petit ARNi. Inversement, la surexpression de Drak2 Tg a mené à l’apoptose aggravée des cellules beta déclenchée par les stimuli. La surexpression de Drak2 dans les îlots a compromis l’augmentation des facteurs anti-apoptotiques, tels que Bcl-2, Bcl-xL et Flip, sur stimulation par la cytokine et les acides gras libres. De plus, les expériences in vivo ont démontré que les souris Tg Drak2 étaient sujettes au diabète de type 1 dans un modèle de diabète provoqué par de petites doses multiples de streptozotocine et qu’elles étaient aussi sujettes au diabète de type 2 dans un modèle d’obésité induite par la diète. Nos données montrent que Drak2 est défavorable à la survie des cellules beta. Nous avons aussi étudié la voie de transmission de Drak2. Nous avons trouvé que Drak2 purifiée pouvait phosphoryler p70S6 kinase dans une analyse kinase in vitro. Lasurexpression de Drak2 dans les cellules NIT-1 a entraîné l’augmentation de la phosphorylasation p70S6 kinase tandis que l’abaissement de Drak2 dans ces cellules a réduit la phosphorylation. Ces recherches mécanistes ont prouvé que p70S6 kinase était véritablement un substrat de Drak2 in vitro et in vivo. Cette étude a découvert les fonctions importantes de Drak2 dans l’homéostasie des cellules T et le diabète. Nous avons prouvé que p70S6 kinase était un substrat de Drak2. Nos résultats ont approfondi nos connaissances de Drak2 à l’intérieur des systèmes immunitaire et endocrinien. Certaines de nos conclusions, comme les rôles de Drak2 dans le développement des cellules mémoires T et la survie des cellules beta pourraient être explorées pour des applications cliniques dans les domaines de la transplantation et du diabète.

Src family kinases are required for limb trajectory selection by spinal motor axons

Signal relay by guidance receptors at the axonal growth cone is a process essential for the assembly of a functional nervous system. We investigated the in vivo function of Src family kinases (SFKs) as growth cone guidance signaling intermediates in the context of spinal lateral motor column (LMC) motor axon projection toward the ventral or dorsal limb mesenchyme. Using in situ mRNA detection we determined that Src and Fyn are expressed in LMC motor neurons of chick and mouse embryos at the time of limb trajectory selection. Inhibition of SFK activity by C-terminal Src kinase (Csk) overexpression in chickLMCaxons using in ovo electroporation resulted inLMC axons selecting the inappropriate dorsoventral trajectory within the limb mesenchyme, with medial LMC axon projecting into the dorsal and ventral limb nerve with apparently random incidence. We also detected LMC axon trajectory choice errors in Src mutant mice demonstrating a nonredundant role for Src in motor axon guidance in agreement with gain and loss of Src function in chickLMCneurons which led to the redirection ofLMCaxons. Finally, Csk-mediated SFK inhibition attenuated the retargeting ofLMCaxons caused by EphA or EphB over-expression, implying the participation of SFKs in Eph-mediated LMC motor axon guidance. In summary, our findings demonstrate that SFKs are essential for motor axon guidance and suggest that they play an important role in relaying ephrin:Eph signals that mediate the selection of motor axon trajectory in the limb.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Caractérisation fonctionnelle du gène AP1S1 mutant associé au syndrome de MEDNIK

Dans les cellules eucaryotes, le trafic intracellulaire de nombreuses protéines est assuré par des vésicules de transport tapissées de clathrine. Les complexes adaptateurs de clathrine (AP) sont responsables de l’assemblage de ces vésicules et de la sélection des protéines qui seront transportées. Nous avons étudié cinq familles atteintes du syndrome neurocutané MEDNIK qui est caractérisé par un retard mental, une entéropathie, une surdité, une neuropathie périphérique, de l’icthyose et de la kératodermie. Tous les cas connus de cette maladie à transmission autosomique récessive sont originaires de la région de Kamouraska, dans la province de Québec. Par séquençage direct des gènes candidats, nous avons identifié une mutation impliquant le site accepteur de l’épissage de l’intron 2 du gène codant pour la sous-unité σ1 du complexe AP1 (AP1S1). Cette mutation fondatrice a été retrouvée chez tous les individus atteints du syndrome MEDNIK et altère l’épissage normal du gène, menant à un codon stop prématuré. Afin de valider l’effet pathogène de la mutation, nous avons bloqué la traduction de cette protéine chez le poisson zébré en injectant une séquence d’oligonucléotides antisenses spécifique à AP1S1. À 48 heures après la fertilisation, les larves knock down pour AP1S1 montrent une réduction de la pigmentation, une désorganisation de la structure de l’épiderme et une perturbation du développement moteur. Alors que la surexpression de l’AP1S1 humain dans ce modèle a permis la récupération du phénotype normal, l’expression de l’AP1S1 mutant fut sans effet sur les phénotypes moteurs et cutanés des larves knock down. Les résultats obtenus montrent que la mutation du AP1S1 responsable du syndrome de MEDNIK est associée à une perte de fonction et que la sous-unité σ1 du complexe AP1 joue un rôle crucial dans l’organisation de l’épiderme et le développement de la moelle épinière.