Fractionated Radiation Exposure of Rat Spinal Cords Leads to Latent Neuro- Inflammation in Brain, Cognitive Deficits,and Alterations in Apurinic Endonuclease 1

Ionizing radiation causes degeneration of myelin, the insulating sheaths of neuronal axons, leading to neurological impairment. As radiation research on the central nervous system has predominantly focused on neurons, with few studies addressing the role of glial cells, we have focused our present research on identifying the latent effects of single/ fractionated -low dose of low/ high energy radiation on the role of base excision repair protein Apurinic Endonuclease-1, in the rat spinal cords oligodendrocyte progenitor cells’ differentiation. Apurinic endonuclease-1 is predominantly upregulated in response to oxidative stress by low- energy radiation, and previous studies show significant induction of Apurinic Endonuclease-1 in neurons and astrocytes. Our studies show for the first time, that fractionation of protons cause latent damage to spinal cord architecture while fractionation of HZE (28Si) induce increase in APE1 with single dose, which then decreased with fractionation. The oligodendrocyte progenitor cells differentiation was skewed with increase in immature oligodendrocytes and astrocytes, which likely cause the observed decrease in white matter, increased neuro-inflammation, together leading to the observed significant cognitive defects.

Targeting the complement system for the management of retinal inflammatory and degenerative diseases

The retina, an immune privileged tissue, has specialized immune defense mechanisms against noxious insults that may exist in diseases such as age-related macular degeneration (AMD), diabetic retinopathy (DR), uveoretinitis and glaucoma. The defense system consists of retinal innate immune cells (including microglia, perivascular macrophages, and a small population of dendritic cells) and the complement system. Under normal aging conditions, retinal innate immune cells and the complement system undergo a low-grade activation (parainflammation) which is important for retinal homeostasis. In disease states such as AMD and DR, the parainflammatory response is dysregulated and develops into detrimental chronic inflammation. Complement activation in the retina is an important part of chronic inflammation and may contribute to retinal pathology in these disease states. Here, we review the evidence that supports the role of uncontrolled or dysregulated complement activation in various retinal degenerative and angiogenic conditions. We also discuss current strategies that are used to develop complement-based therapies for retinal diseases such as AMD. The potential benefits of complement inhibition in DR, uveoretinitis and glaucoma are also discussed, as well as the need for further research to better understand the mechanisms of complement-mediated retinal damage in these disease states.

mRNA Levels of BACE1 and its interacting proteins, RTN3 and PPIL2, correlate in human post mortem brain tissue

β-Site amyloid precursor protein cleaving enzyme (BACE1) is the rate-limiting enzyme for production of Aβ peptides, proposed to drive the pathological changes found in Alzheimer’s disease (AD). Reticulon 3 (RTN3) is a negative modulator of BACE1 (β-secretase) proteolytic activity, while peptidylprolyl isomerase (cyclophilin)-like 2 (PPIL2) positively regulated BACE1 gene expression in a cell-based assay. This study aimed to analyze RTN3 and PPIL2 mRNA levels in four brain regions from individuals with AD and controls. BACE1 mRNA had been previously quantified in the samples, as had glial fibrillary acidic protein (GFAP) and neuron-specific enolase (NSE), to track changing cell populations in the tissue. mRNA levels in the human post mortem brain tissue were assayed using quantitative real-time polymerase chain reaction (qPCR) and qbasePLUS, employing validated stably expressed reference genes. No differences in RTN3 or PPIL2 mRNA levels were found in individuals with AD, compared to controls. Both RTN3 and PPIL2 mRNA levels correlated significantly with BACE1 mRNA and all three showed similar disease stage-dependent changes with respect to NSE and GFAP. These findings indicated that the in vitro data demonstrating an effect of PPIL2 on BACE1 expression have functional relevance in vivo. Further research into BACE1-interacting proteins could provide a fruitful approach to the modulation of this protease and consequently Aβ production.

Service Provision for Children and Young People with Acquired Brain Injury; Practice Recommendations: – International Paediatric Brain Injury Society (IPBIS).

Background: Providing appropriate rehabilitation services for Acquired Brain Injury (ABI) in childhood presents a number of challenges for caregivers, health and education professionals and the young person as they develop.
Primary Objective: To record the challenges and possible creative solutions generated by an international group of professionals to address the needs of children with ABI.
Review of Information: Recommendations were generated from children’s special interest group meetings of the International Brain Injury Association (Turin Italy, 2001, Stockholm Sweden, 2003, Melbourne Australia, 2005, Lisbon Portugal, 2008) and through meetings of the International Paediatric Brain Injury Society (IPBIS), formed in 2009. Delegates participating in the workshops were representative of nations from around the world and included The Netherlands, New Zealand, Australia, UK, Finland, Germany, South Africa, USA, Canada, Sweden, Brazil and Italy.
Outcomes: The information presented is based on a retrospective review of those meetings and the summaries of the topics considered.

Wide-ranging alterations in the brain fatty acid complement of subjects with late Alzheimer's disease as detected by GC-MS

Disturbed lipid metabolism is a well-established feature of human Alzheimer's disease (AD). The present study used gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analysis of fatty acid methyl esters (FAMES) to profile all detectable fatty acid (FA) species present in post-mortem neocortical tissue (Brodmann 7 region). Quantitative targeted analysis was undertaken from 29 subjects (n=15 age-matched controls; n=14 late-stage AD). GC-MS analysis of FAMES detected a total of 24 FAs and of these, 20 were fully quantifiable. The results showed significant and wide ranging elevations in AD brain FA concentrations. A total of 9 FAs were elevated in AD with cis-13,16-docosenoic acid increased most (170%; P=0.033). Intriguingly, docosahexanoic acid (DHA; C22:6) concentrations were elevated (47%; P=0.018) which conflicts with the findings of others (unaltered or decreased) in some brain regions after the onset of AD. Furthermore, our results appear to indicate that subject gender influences brain FA levels in AD subjects (but not in age-matched control subjects). Among AD subjects 7 FA species were significantly higher in males than in females. These preliminary findings pinpoint FA disturbances as potentially important in the pathology of AD. Further work is required to determine if such changes are influenced by disease severity or different types of dementia.

Traumatic brain injury (TBI) in a prison population: a systematic review

Objective: To systematically explore the literature surrounding TBI in adult prison populations. Method: Twenty six studies spanning six countries were included. All studies were published in peer reviewed journals and sampled adults from general prison populations (aged 18+). Results: Only seven studies employed valid and reliable measures of TBI. The presence of TBI related problems such as aggression, depression, substance abuse, psychiatric disorders, and neurocognitive deficits were evident within prisoner samples.

Abordagem neuropsicológica das alterações na atenção e memória no sindroma de Burnout

O sindroma de Burnout, quadro psicofisio-patológico tem sido objecto de investigação intensiva, desde o artigo de Freudenberger (1974) intitulado "Staff Burnout", com dois objectivos: compreendê-lo melhor, através de meios de diagnóstico, e criar técnicas de intervenção terapêutica. Na realidade, desde essa altura, foram efectuados e publicados um número avultado de trabalhos de investigação, nos campos do diagnóstico e caracterização do Burnout, e da sua resolução terapêutica. O pensamento dominante, nessa altura e ainda hoje, é de tendência analítica e/ou psico-social. Este quadro, espoletado por uma sucessão de episódios emocionalmente negativos em contexto ocupacional em indivíduos com provável predisposição genética e sujeitos a situações de pressão laboral, dos mais diversos tipos (podendo ir do “simples” stress por acumulação de tarefas até às situações de mobbing), tem efeitos frequentemente dramáticos ao nível da dinâmica biopsico- social, nos seus mais diversos aspectos. Estes estendem-se, quase sempre, muito para lá das problemáticas laborais, prejudicando, de forma mais ou menos grave, as interacções sociais com particular impacto ao nível da dinâmica familiar. Por outro lado, o Burnout propicia o aparecimento de patologias diversas, já que toda a estrutura psiconeuro-endocrino-imunulógica estará posta em causa, potenciando situações de fragilidade sistémica. No entanto, há aspectos correlacionáveis com este quadro disfuncional que têm sido muito pouco abordados – alterações cognitivo-operativas ou neuropsicológicas. Aliás os trabalhos que sobre eles incidem são em número muito reduzido. Assim após termos registado queixas, acentuadas, ao nível da capacidade de concentração e da memória em pessoas com burnout observadas na clínica hospitalar e privada, decidimos investigar estas situações, usando uma metodologia clínica de tipo qualitativo, e constatámos que, na realidade, as queixas eram pertinentes. Posto isto, achámos que a situação deveria ser aprofundada e partimos para um trabalho mais sistematizado, este, com o objectivo de caracterizar melhor o tipo de disfunções atencionais e mnésicas. Para isso, após uma selecção prévia, a partir de um grupo de 192 enfermeiros que responderam à Escala de Maslach, avaliámos uma amostra de risco constituída por 40 enfermeiros e enfermeiras, de Instituições Psiquiátricas da Grande Lisboa, trabalhando em urgência e enfermaria, que comparámos com uma amostra de igual número de enfermeiros, desenvolvendo a sua actividade na consulta externa ou em ambientes mais protegidos de stress ocupacional continuo. Para o efeito, e após uma anamnese cuidada, aplicámos provas de atenção e memória, sensíveis a qualquer tipo de compromisso encefálico seja ele funcional ou patológico. Para a componente atenção/concentração e a componente vísuo-grafo-espacial usámos a prova de Toulouse-Piéron, assim como as séries de dígitos ou digit span, para a vertente audio-verbal. A dinâmica mnésica foi avaliada através da prova de memória associativa (Escala de Memória de Wechsler) para testar a variante áudio-verbal, e a reprodução de figuras (Escala de Memória de Wechlser). Os resultados, após uma dupla análise clínica e estatística, comprovaram globalmente as hipóteses, indicando uma correlação significativa entre o grau de Burnout e os défices neuropsicológicos detectados: alteração da atenção/concentração e dismnésia, de natureza limitativa face às exigências quotidianas dos indivíduos. Finalmente, com base na revisão da literatura e os resultados deste estudo, foi esquematizado um Modelo Neuropsicológico do sindroma de Burnout, que nos parece espelhar as relações entre este quadro clínico, as alterações cognitivooperativas encontradas e as principais estruturas encefálicas, que julgamos, implicadas em toda a dinâmica do processo disfuncional.

Genetic profiling of ApoE in dementia

A demência é uma das principais causas de incapacidade entre os idosos, afetando mais de 36 milhões de pessoas em todo o mundo. É caracterizada pela deterioração progressiva das funções cognitivas, resultando em dificuldades no desempenho das atividades diárias do indivíduo. A idade de aparecimento dos sintomas, bem como a sua taxa de progressão, são variáveis entre a maior parte das demências, sendo estas geralmente caracterizadas por uma natureza progressiva, aumentando de gravidade ao longo do tempo. Entre os tipos mais frequentes de demência encontram-se a Doença de Alzheimer (DA), Demência Vascular, Demência de Corpos de Lewy e Demência Frontotemporal. O diagnóstico diferencial das demências é realizado tipicamente por testes neuro-psicológicos (para a exclusão de outras demências) e por exames imagiológicos. Contudo, muitos dos sintomas clínicos característicos podem sobrepor-se entre os diversos tipos de demência, o que pode constituir um problema devido a falta de especificidade e erros de diagnóstico. A compreensão dos fatores de risco ambientais e genéticos que podem modular o aparecimento e/ou progressão de doenças abre novas perspetivas relativamente à gestão destas neuropatologias. O gene da apolipoproteína E (ApoE) é reconhecido como o maior fator de risco na demência, desempenhando um papel central em particular no desenvolvimento da DA, sendo que os portadores do alelo ε4 são mais suscetíveis para a doença. Além disso, possíveis associações foram também propostas entre este gene e outras doenças neurológicas, sendo no entanto estes dados ainda controversos. Assim, o objetivo principal deste trabalho consistiu em determinar as frequências alélicas e genotípicas do gene ApoE num grupo de estudo piloto de pacientes com demência na região de Aveiro. Este grupo foi subdividido com base no diagnóstico neuroquímico, no qual foram avaliados os níveis de Aβ1-42, Tau-total e fosfo-Tau 181 no líquido cefalorraquidiano dos pacientes. Como resultado, observou-se que o alelo ε3 foi o mais frequente no grupo total, independentemente do tipo de patologia, e que o alelo ε2 foi o menos comum. O alelo ε4 foi de facto mais frequente em pacientes com DA do que em pacientes com outras neuropatologias, o que está de acordo com a relação proposta por outros autores. Adicionalmente, foi possível verificar que a frequência deste alelo nos pacientes com patologia amilóide é semelhante à observada no grupo DA, sugerindo um papel relevante para o ApoE no metabolismo e acumulação cerebral do Aβ. Consequentemente, estes indivíduos podem ter uma maior suscetibilidade para o desenvolvimento de DA no futuro. Deste modo, os nossos dados corroboram a ideia de que o alelo ε4 é um forte fator de risco para a DA e que deve ser considerado como um teste genético relevante que pode contribuir para o diagnóstico clínico da demência.

Identification of protein complexes in Alzheimer's disease

A Doença de Alzheimer (AD) é a maior doença neurodegenerativa a nível mundial, e a principal causa de demência na população idosa. O processamento da proteína precursora de amilóide (APP) pelas β- e g- secretases origina o peptídeo Aβ, que agrega em oligómeros neurotóxicos e em placas senis. Estes são eventos-chave na patogénese da DA que levam à rutura da neurotransmissão sináptica, morte neuronal e inflamação neuronal do hipocampo e córtex cerebral, causando perda de memória disfunção cognitiva geral. Apesar dos grandes avanços no conhecimento do papel do processamento da APP na DA, a sua função fisiológica ainda não foi totalmente elucidada. Os mapas de interações proteína-proteína (PPI) humanos têm desempenhado um papel importante na investigação biomédica, em particular no estudo de vias de sinalização e de doenças humanas. O método dois-híbrido em levedura (YTH) consiste numa plataforma para a produção rápida de redes de PPI em larga-escala. Neste trabalho foram realizados vários rastreios YTH com o objetivo de identificar proteínas específicas de cérebro humano que interagissem com a APP, ou com o seu domínio intracelular (AICD), tanto o tipo selvagem como com os mutantes Y687F, que mimetizam o estado desfosforilado do resíduo Tyr-687. De facto, a endocitose da APP e a produção de Aβ estão dependentes do estado de fosforilação da Tyr-687. Os rastreios YTH permitiram assim obter de redes proteínas que interagem com a APP, utilizando como “isco” a APP, APPY687F e AICDY687F. Os clones positivos foram isolados e identificados através de sequenciação do cDNA. A maior parte dos clones identificados, 118, correspondia a sequências que codificam para proteínas conhecidas, resultando em 31 proteínas distintas. A análise de proteómica funcional das proteínas identificadas neste estudo e em dois projetos anteriores (AICDY687E, que mimetiza a fosforilação, e AICD tipo selvagem), permitiram avaliar a relevância da fosforilação da Tyr-687. Três clones provenientes do rastreio YTH com a APPY687F foram identificados como um novo transcrito da proteína Fe65, resultante de splicing alternativo, a Fe65E3a (GenBank Accession: EF103274), que codifica para a isoforma p60Fe65. A p60Fe65 está enriquecida no cérebro e os seus níveis aumentam durante a diferenciação neuronal de células PC12, evidenciando o potencial papel que poderá desempenhar na patologia da DA. A RanBP9 é uma proteína nuclear e citoplasmática envolvida em diversas vias de sinalização celulares. Neste trabalho caracterizou-se a nova interação entre a RanBP9 e o AICD, que pode ser regulada pela fosforilação da Tyr-687. Adicionalmente, foi identificada uma nova interação entre a RanBP9 e a acetiltransferase de histonas Tip60. Demonstrou-se ainda que a RanBP9 tem um efeito de regulação inibitório na transcrição mediada por AICD, através da interação com a Tip60, afastando o AICD dos locais de transcrição ativos. O estudo do interactoma da APP/AICD, modelado pela fosforilação da Tyr-687, revela que a APP poderá estar envolvida em novas vias celulares, contribuindo não só para o conhecimento do papel fisiológico da APP, como também auxilia a revelar as vias que levam à agregação de Aβ e neurodegeneração. A potencial relevância deste trabalho relaciona-se com a descoberta de algumas interações proteicas/vias de sinalização que podem que podem ser relevantes para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas na DA.

Brain responses and looking behavior during audiovisual speech integration in infants predict auditory speech comprehension in the second year of life

The use of visual cues during the processing of audiovisual (AV) speech is known to be less efficient in children and adults with language difficulties and difficulties are known to be more prevalent in children from low-income populations. In the present study, we followed an economically diverse group of thirty-seven infants longitudinally from 6–9 months to 14–16 months of age. We used eye-tracking to examine whether individual differences in visual attention during AV processing of speech in 6–9 month old infants, particularly when processing congruent and incongruent auditory and visual speech cues, might be indicative of their later language development. Twenty-two of these 6–9 month old infants also participated in an event-related potential (ERP) AV task within the same experimental session. Language development was then followed-up at the age of 14–16 months, using two measures of language development, the Preschool Language Scale and the Oxford Communicative Development Inventory. The results show that those infants who were less efficient in auditory speech processing at the age of 6–9 months had lower receptive language scores at 14–16 months. A correlational analysis revealed that the pattern of face scanning and ERP responses to audiovisually incongruent stimuli at 6–9 months were both significantly associated with language development at 14–16 months. These findings add to the understanding of individual differences in neural signatures of AV processing and associated looking behavior in infants.

Brain responses to audiovisual speech mismatch in infants are associated with individual differences in looking behaviour

Research on audiovisual speech integration has reported high levels of individual variability, especially among young infants. In the present study we tested the hypothesis that this variability results from individual differences in the maturation of audiovisual speech processing during infancy. A developmental shift in selective attention to audiovisual speech has been demonstrated between 6 and 9 months with an increase in the time spent looking to articulating mouths as compared to eyes (Lewkowicz & Hansen-Tift. (2012) Proc. Natl Acad. Sci. USA, 109, 1431–1436; Tomalski et al. (2012) Eur. J. Dev. Psychol., 1–14). In the present study we tested whether these changes in behavioural maturational level are associated with differences in brain responses to audiovisual speech across this age range. We measured high-density event-related potentials (ERPs) in response to videos of audiovisually matching and mismatched syllables /ba/ and /ga/, and subsequently examined visual scanning of the same stimuli with eye-tracking. There were no clear age-specific changes in ERPs, but the amplitude of audiovisual mismatch response (AVMMR) to the combination of visual /ba/ and auditory /ga/ was strongly negatively associated with looking time to the mouth in the same condition. These results have significant implications for our understanding of individual differences in neural signatures of audiovisual speech processing in infants, suggesting that they are not strictly related to chronological age but instead associated with the maturation of looking behaviour, and develop at individual rates in the second half of the first year of life.

In vitro blood-brain barrier models to predict the permeation of gene therapy vectors into the brain

A terapia génica tem-se revelado uma alternativa relevante no tratamento de doenças neurodegenerativas (DN). Contudo, a entrega de vetores para transferência génica no cérebro representa ainda um enorme desafio devido à presença da barreira hemato-encefálica (BHE). A BHE é uma interface dinâmica e seletiva entre o sangue e o cérebro, constituída pelas células endoteliais cerebrais, astrócitos e pericitos, desempenhando um importante papel na regulação da homeostasia cerebral. A BHE representa um dos maiores obstáculos no tratamento de DN, uma vez que esta barreira impede o transporte para o cérebro da maioria das moléculas terapêuticas, incluindo os vetores para terapia génica. Embora tenham sido desenvolvidos diferentes modelos in vitro da BHE de forma a avaliar o transporte de fármacos através da BHE, muito poucos foram criados com o intuito de testar a permeabilidade desta barreira a vetores de terapia génica. O presente trabalho teve como objetivo principal o desenvolvimento e a avaliação de modelos in vitro de BHE que permitam a investigação da capacidade dos vetores de terapia génica de penetrarem no cérebro. No nosso estudo, foram testados diferentes modelos in vitro de BHE em monocultura, constituídos por células endoteliais de rato ou murganho (RBE4 e bEnd3, respetivamente), e modelos de co-cultura, que combinam células endoteliais com células neuronais (Neuro2a) ou astrócitos primários, cultivados num sistema transwell. Para caraterizar estes modelos foram realizados testes de permeabilidade e de resistência elétrica transendotelial, bem como estudos baseados na técnica de PCR quantitativo e na imunocitoquímica das proteínas das junções intercelulares. Verificámos que os modelos baseados na cultura de células bEnd3 e células neuronais ou astrócitos apresentavam as melhores propriedades de barreira. Posteriormente foi avaliada nos modelos selecionados a penetração de um vetor não-viral que reconhecidamente tem a capacidade de atravessar in vivo a BHE: o peptídeo da glicoproteína do vírus da raiva (RGV-9r). Os siRNAs marcados com um fluoróforo e acoplados ao peptídeo RVG-9r foram capazes de penetrar eficientemente as células bEnd3, localizadas no lado luminal do insert, via endocitose mediada por recetores, e ainda de penetrar os astrócitos ou células neuronais, previamente cultivadas no lado abluminal. Estes resultados correlacionam-se, de forma clara, com os resultados previamente descritos em estudos in vivo. Em conclusão, os modelos in vitro de BHE baseados na co-cultura de células bEnd3 com células Neuro2a ou astrócitos, têm grande potencial na seleção de candidatos a vetores de terapia génica para o cérebro, uma vez que apresentam importantes características da BHE e se baseiam num método fácil e reprodutível. Tal facto representa uma promessa significativa para a identificação de novas estratégias de terapia génica não invasiva para o tratamento de doenças neurológicas.

Drug repurposing in the treatment of Melanoma Brain Metastasis

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2015