Corrélats neuronaux de la mémoire de travail en magnétoencéphalographie à l’état de repos.

Purpose: There are few studies demonstrating the link between neural oscillations in magnetoencephalography (MEG) at rest and cognitive performance. Working memory is one of the most studied cognitive processes and is the ability to manipulate information on items kept in short-term memory. Heister & al. (2013) showed correlation patterns between brain oscillations at rest in MEG and performance in a working memory task (n-back). These authors showed that delta/theta activity in fronto-parietal areas is related to working memory performance. In this study, we use resting state MEG oscillations to validate these correlations with both of verbal (VWM) and spatial (SWM) working memory, and test their specificity in comparison with other cognitive abilities. Methods: We recorded resting state MEG and used clinical neuropsychological tests to assess working memory performance in 18 volunteers (6 males and 12 females). The other neuropsychological tests of the WAIS-IV were used as control tests to assess the specificity of the correlation patterns with working memory. We calculated means of Power Spectrum Density for different frequency bands (delta, 1-4Hz; theta, 4-8Hz; alpha, 8-13Hz; beta, 13-30Hz; gamma1, 30-59Hz; gamma2, 61-90Hz; gamma3, 90-120Hz; large gamma, 30-120Hz) and correlated MEG power normalised for the maximum in each frequency band at the sensor level with working memory performance. We then grouped the sensors showing a significant correlation by using a cluster algorithm. Results: We found positive correlations between both types of working memory performance and clusters in the bilateral posterior and right fronto-temporal regions for the delta band (r2 =0.73), in the fronto-middle line and right temporal regions for the theta band (r2 =0.63) as well as in the parietal regions for the alpha band (r2 =0.78). Verbal working memory and spatial working memory share a common fronto-parietal cluster of sensors but also show specific clusters. These clusters are specific to working memory, as compared to those obtained for other cognitive abilities and right posterior parietal areas, specially in slow frequencies, appear to be specific to working memory process. Conclusions: Slow frequencies (1-13Hz) but more precisely in delta/theta bands (1-8Hz), recorded at rest with magnetoencephalography, predict working memory performance and support the role of a fronto-parietal network in working memory.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

El Lloc dels riscos naturals als Annales de Géographie (1891-1991)

L'étude des risques naturels est devenu un sujet de débat entre les géographes physiques français, de plus en plus conscients de l'exposition croissante des sociétés aux risques naturels et du besoin d'évaluer leurs compétences et leurs moyens d'intervention. Mais l'étude des risques naturels a aussi été un sujet récurrent dans l'histoire de la géographie française. Cet article prétend être une approche au traitement qu'a reçu ce thème dans les Annales de Géographie depuis sa création jusqu'h aujourd’hui. Après avoir distingué trois étapes (1891-1930, 1930-1975 et 1975-1991) on a établi les rapports existants entre les différents moments de la géographie française et l'étude des risques naturels et on a analysé autant le contenu des notices sur les divers évènements catastrophiques que les travaux des auteurs les plus représentatifs. I1 s'agit, en résumé, de proposer une réflexion sur la façon dont la géographie française a abordé ce sujet

Etude de pratiques enseignantes et de différenciations dans les apprentissages mathématiques scolaires à l’école primaire

Dans le cadre du réseau RESEIDA (REcherches sur la Socialisation, l’Enseignement, les Inégalités et les Différenciations dans les Apprentissages, co-piloté par E. Bautier et J-Y. Rochex), je participe depuis plusieurs années à une recherche qui vise à étudier des pratiques enseignantes contextualisées et leurs effets potentiellement différenciateurs sur les apprentissages d’élèves, en croisant des points de vue issus de différentes didactiques et de la sociologie de l'éducation. Dans ce contexte, un imposant corpus de données a été recueilli dans deux classes françaises de CM2 (élèves de 10-11 ans) considérées comme hétérogènes (d'après les résultats d'évaluations nationales, les caractéristiques familiales) en 2004-2005: composé à la fois de données filmiques orientées vers les pratiques d’enseignantes et d’élèves en situation de classe, de photocopies de cahiers ou de productions d’élèves. Ma présentation se centre sur l’analyse d’une partie de ces données, concernant l’enseignement des mathématiques observé dans une des deux classes de CM2. Plus précisément, j’effectue un zoom sur deux situations observées dans cette classe: une situation de résolution de problèmes et une situation d’enseignement des pourcentages. Ces deux situations apparaissent contrastées (gestion enseignante, apprentissages mathématiques potentiels, etc.). Mais elles permettent précisément de montrer que derrière une hétérogénéité apparente de pratiques d’une enseignante, une façon commune de penser et de faire la classe de mathématiques se joue, dont on peut penser qu’elle pèse fortement sur les apprentissages potentiels en contexte scolaire

Further characterization of muscarinic agonist-induced epileptiform bursting activity in immature rat piriform cortex, in vitro

The characteristics of muscarinic acetylcholine receptor agonist-induced epileptiform bursting seen in immature rat piriform cortex slices in vitro were further investigated using intracellular recording, with particular focus on its postnatal age-dependence (P+14-P+30), pharmacology, site(s) of origin and the likely contribution of the muscarinic acetylcholine receptor agonist-induced post-stimulus slow afterdepolarization and gap junction functionality toward its generation. The muscarinic agonist, oxotremorine-M (10 microM), induced rhythmic bursting only in immature piriform cortex slices; however, paroxysmal depolarizing shift amplitude, burst duration and burst incidence were inversely related to postnatal age. No significant age-dependent changes in neuronal membrane properties or postsynaptic muscarinic responsiveness accounted for this decline. Burst incidence was higher when recorded in anterior and posterior regions of the immature piriform cortex. In adult and immature neurones, oxotremorine-M effects were abolished by M1-, but not M2-muscarinic acetylcholine receptor-selective antagonists. Rostrocaudal lesions, between piriform cortex layers I and II, or layer III and endopiriform nucleus in adult or immature slices did not influence oxotremorine-M effects; however, the slow afterdepolarization in adult (but not immature) lesioned slices was abolished. Gap junction blockers (carbenoxolone or octanol) disrupted muscarinic bursting and diminished the slow afterdepolarization in immature slices, suggesting that gap junction connectivity was important for bursting. Our data show that neural networks within layers II-III function as primary oscillatory circuits for burst initiation in immature rat piriform cortex during persistent muscarinic receptor activation. Furthermore, we propose that muscarinic slow afterdepolarization induction and gap junction communication could contribute towards the increased epileptiform susceptibility of this brain area.

A novel component of cannabis extract potentiates excitatory synaptic transmission in rat olfactory cortex in vitro

Cannabis is a potential treatment for epilepsy, although the few human studies supporting this use have proved inconclusive. Previously, we showed that a standardized cannabis extract (SCE), isolated Delta(9)-tetrahydrocannabinol (Delta(9)-THC), and even Delta(9)-THC-free SCE inhibited muscarinic agonist-induced epileptiform bursting in rat olfactory cortical brain slices, acting via CB1 receptors. The present work demonstrates that although Delta(9)-THC (1microM) significantly depressed evoked depolarizing postsynaptic potentials (PSPs) in rat olfactory cortex neurones, both SCE and Delta(9)-THC-free SCE significantly potentiated evoked PSPs (all results were fully reversed by the CB1 receptor antagonist SR141716A, 1microM); interestingly, the potentiation by Delta(9)-THC-free SCE was greater than that produced by SCE. On comparing the effects of Delta(9)-THC-free SCE upon evoked PSPs and artificial PSPs (aPSPs; evoked electrotonically following brief intracellular current injection), PSPs were enhanced, whereas aPSPs were unaffected, suggesting that the effect was not due to changes in background input resistance. Similar recordings made using CB1 receptor-deficient knockout mice (CB1(-/-)) and wild-type littermate controls revealed cannabinoid or extract-induced changes in membrane resistance, cell excitability and synaptic transmission in wild-type mice that were similar to those seen in rat neurones, but no effect on these properties were seen in CB1(-/-) cells. It appears that the unknown extract constituent(s) effects over-rode the suppressive effects of Delta(9)-THC on excitatory neurotransmitter release, which may explain some patients' preference for herbal cannabis rather than isolated Delta(9)-THC (due to attenuation of some of the central Delta(9)-THC side effects) and possibly account for the rare incidence of seizures in some individuals taking cannabis recreationally

Gestion de la rareté de l’eau à Amman : rationnement de l’offre et pratiques des usagers

Notre article aborde la question du rationnement de l’offre d’eau potable dans la capitale jordanienne Amman. Il étudie la gestion publique-privée du rationnement, ainsi que ses impacts socio-économiques sur les usagers. Si 98 % de la population jordanienne jouit d’un raccordement au réseau d’eau potable, cet accès demeure assujetti à une intermittence en quantité et en qualité. Une situation expliquée par le discours gouvernemental, qui qualifie les villes du pays d’assoiffées, par la rareté hydrique et la croissance démographique. Or, l’étude du cas d’Amman, à travers la délégation, de 1999 à 2006, de la gestion du service au secteur privé, montre que le rationnement de l’offre incombe de façon importante à l’état technique du réseau défaillant, aggravé par les pratiques de connexions illégales et le gaspillage. Cet article met en outre l’accent sur les inégalités dans les usages de l’eau entre pauvres et riches, accrues par le rationnement inadapté aux caractéristiques socio-économiques des ménages. Ainsi, le coût des stratégies alternatives pour un accès adéquat à l’eau devient inabordable pour l’ensemble des familles, confrontées à une tarification progressive dont les effets sont pervers, et met en avant le rôle discriminatoire du revenu.

Dietary flavonoid (-)epicatechin stimulates phosphatidylinositol 3-kinase-dependent anti-oxidant response element activity and up-regulates glutathione in cortical astrocytes

Flavonoids are plant-derived polyphenolic compounds with neuroprotective properties. Recent work suggests that, in addition to acting as hydrogen donors, they activate protective signalling pathways. The anti-oxidant response element (ARE) promotes the expression of protective proteins including those required for glutathione synthesis (xCT cystine antiporter, gamma-glutamylcysteine synthetase and glutathione synthase). The use of a luciferase reporter (ARE-luc) assay showed that the dietary flavan-3-ol (-)epicatechin activates this pathway in primary cortical astrocytes but not neurones. We also examined the distribution of NF-E2-related factor-2 (Nrf2), a key transcription factor in ARE-mediated gene expression. We found, using immunocytochemistry, that Nrf2 accumulated in the nuclei of astrocytes following exposure to tert-butylhydroquinone (100 mu M) and (-)epicatechin (100 nM). (-)Epicatechin signalling via Nrf2 was inhibited by wortmannin implicating a phosphatidylinositol 3-kinase-dependent pathway. Finally, (-)epicatechin increased glutathione levels in astrocytes consistent with an up-regulation of ARE-mediated gene expression. Together, this suggests that flavonoids may be cytoprotective by increasing anti-oxidant gene expression.

Architecture for neuronal cell control of a mobile robot

It is usually expected that the intelligent controlling mechanism of a robot is a computer system. Research is however now ongoing in which biological neural networks are being cultured and trained to act as the brain of an interactive real world robot - thereby either completely replacing or operating in a cooperative fashion with a computer system. Studying such neural systems can give a distinct insight into biological neural structures and therefore such research has immediate medical implications. In particular, the use of rodent primary dissociated cultured neuronal networks for the control of mobile `animals' (artificial animals, a contraction of animal and materials) is a novel approach to discovering the computational capabilities of networks of biological neurones. A dissociated culture of this nature requires appropriate embodiment in some form, to enable appropriate development in a controlled environment within which appropriate stimuli may be received via sensory data but ultimate influence over motor actions retained. The principal aims of the present research are to assess the computational and learning capacity of dissociated cultured neuronal networks with a view to advancing network level processing of artificial neural networks. This will be approached by the creation of an artificial hybrid system (animal) involving closed loop control of a mobile robot by a dissociated culture of rat neurons. This 'closed loop' interaction with the environment through both sensing and effecting will enable investigation of its learning capacity This paper details the components of the overall animat closed loop system and reports on the evaluation of the results from the experiments being carried out with regard to robot behaviour.

The 'glial' glutamate transporter, EAAT2 (Glt-1) accounts for high affinity glutamate uptake into adult rodent nerve endings

The excitatory amino acid transporters (EAAT) removes neurotransmitters glutamate and aspartate from the synaptic cleft. Most CNS glutamate uptake is mediated by EAAT2 into glia, though nerve terminals show evidence for uptake, through an unknown transporter. Reverse-transcriptase PCR identified the expression of EAAT1, EAAT2, EAAT3 and EAAT4 mRNAs in primary cultures of mouse cortical or striatal neurones. We have used synaptosomes and glial plasmalemmal vesicles (GPV) from adult mouse and rat CNS to identify the nerve terminal transporter. Western blotting showed detectable levels of the transporters EAAT1 (GLAST) and EAAT2 (Glt-1) in both synaptosomes and GPVs. Uptake of [3H]D-aspartate or [3H]L-glutamate into these preparations revealed sodium-dependent uptake in GPV and synaptosomes which was inhibited by a range of EAAT blockers: dihydrokainate, serine-o-sulfate, l-trans-2,4-pyrrolidine dicarboxylate (PDC) (+/-)-threo-3-methylglutamate and (2S,4R )-4-methylglutamate. The IC50 values found for these compounds suggested functional expression of the 'glial, transporter, EAAT2 in nerve terminals. Additionally blockade of the majority EAAT2 uptake sites with 100 micro m dihydrokainate, failed to unmask any functional non-EAAT2 uptake sites. The data presented in this study indicate that EAAT2 is the predominant nerve terminal glutamate transporter in the adult rodent CNS.

Inhibition of synaptic transmission and G protein modulation by synthetic CaV2.2 Ca2+ channel peptides

Abstract: Modulation of presynaptic voltage-dependent Ca+ channels is a major means of controlling neurotransmitter release. The CaV 2.2 Ca2+ channel subunit contains several inhibitory interaction sites for Gβγ subunits, including the amino terminal (NT) and I–II loop. The NT and I–II loop have also been proposed to undergo a G protein-gated inhibitory interaction, whilst the NT itself has also been proposed to suppress CaV 2 channel activity. Here, we investigate the effects of an amino terminal (CaV 2.2[45–55]) ‘NT peptide’ and a I–II loop alpha interaction domain (CaV 2.2[377–393]) ‘AID peptide’ on synaptic transmission, Ca2+ channel activity and G protein modulation in superior cervical ganglion neurones (SCGNs). Presynaptic injection of NT or AID peptide into SCGN synapses inhibited synaptic transmission and also attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. In isolated SCGNs, NT and AID peptides reduced whole-cell Ca2+ current amplitude, modified voltage dependence of Ca2+ channel activation and attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. Co-application of NT and AID peptide negated inhibitory actions. Together, these data favour direct peptide interaction with presynaptic Ca2+ channels, with effects on current amplitude and gating representing likely mechanisms responsible for inhibition of synaptic transmission. Mutations to residues reported as determinants of Ca2+ channel function within the NT peptide negated inhibitory effects on synaptic transmission, Ca2+ current amplitude and gating and G protein modulation. A mutation within the proposed QXXER motif for G protein modulation did not abolish inhibitory effects of the AID peptide. This study suggests that the CaV 2.2 amino terminal and I–II loop contribute molecular determinants for Ca2+ channel function; the data favour a direct interaction of peptides with Ca2+ channels to inhibit synaptic transmission and attenuate G protein modulation. Non-technical summary: Nerve cells (neurones) in the body communicate with each other by releasing chemicals (neurotransmitters) which act on proteins called receptors. An important group of receptors (called G protein coupled receptors, GPCRs) regulate the release of neurotransmitters by an action on the ion channels that let calcium into the cell. Here, we show for the first time that small peptides based on specific regions of calcium ion channels involved in GPCR signalling can themselves inhibit nerve cell communication. We show that these peptides act directly on calcium channels to make them more difficult to open and thus reduce calcium influx into native neurones. These peptides also reduce GPCR-mediated signalling. This work is important in increasing our knowledge about modulation of the calcium ion channel protein; such knowledge may help in the development of drugs to prevent signalling in pathways such as those involved in pain perception.

Neuroprotective effects of phenolic antioxidant tBHQ associate with inhibition of FoxO3a nuclear translocation and activity

The Forkhead transcription factor, FoxO3a induces genomic death responses in neurones following translocation from the cytosol to the nucleus. Nuclear translocation of FoxO3a is triggered by trophic factor withdrawal, oxidative stress and the stimulation of extrasynaptic NMDA receptors. Receptor activation of phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) – Akt signalling pathways retains FoxO3a in the cytoplasm thereby inhibiting the transcriptional activation of death promoting genes. We hypothesised that phenolic antioxidants such as tert-Butylhydroquinone (tBHQ), which is known to stimulate PI3K-Akt signalling, would inhibit FoxO3a translocation and activity. Treatment of cultured cortical neurones with NMDA increased the nuclear localisation of FoxO3a, reduced the phosphorylation of FoxO3a, increased caspase activity and upregulated Fas ligand expression. In contrast the phenolic antioxidant tBHQ caused retention of FoxO3a in the cytosol coincident with enhanced PI3K- dependent phosphorylation of FoxO3a. tBHQ-induced nuclear exclusion of FoxO3a was associated with reduced FoxO-mediated transcriptional activity. Exposure of neurones to tBHQ inhibited NMDA-induced nuclear translocation of FoxO3a prevented NMDA-induced upregulation of FoxO-mediated transcriptional activity, blocked caspase activation and protected neurones from NMDA-induced excitotoxic death. Collectively, these data suggest that phenolic antioxidants such as tBHQ oppose stress-induced activation of FoxO3a and therefore have potential neuroprotective utility in neurodegeneration.

Gap junction-mediated spontaneous Ca(2+) waves in differentiated cholinergic SN56 cells

Neuronal gap junctions are receiving increasing attention as a physiological means of intercellular communication, yet our understanding of them is poorly developed when compared to synaptic communication. Using microfluorimetry, we demonstrate that differentiation of SN56 cells (hybridoma cells derived from murine septal neurones) leads to the spontaneous generation of Ca(2+) waves. These waves were unaffected by tetrodotoxin (1microM), but blocked by removal of extracellular Ca(2+), or addition of non-specific Ca(2+) channel inhibitors (Cd(2+) (0.1mM) or Ni(2+) (1mM)). Combined application of antagonists of NMDA receptors (AP5; 100microM), AMPA/kainate receptors (NBQX; 20microM), nicotinic AChR receptors (hexamethonium; 100microM) or inotropic purinoceptors (brilliant blue; 100nM) was also without effect. However, Ca(2+) waves were fully prevented by carbenoxolone (200microM), halothane (3mM) or niflumic acid (100microM), three structurally diverse inhibitors of gap junctions, and mRNA for connexin 36 was detected by PCR. Whole-cell patch-clamp recordings revealed spontaneous inward currents in voltage-clamped cells which we inhibited by Cd(2+), Ni(2+) or niflumic acid. Our data suggest that differentiated SN56 cells generated spontaneous Ca(2+) waves which are propagated by intercellular gap junctions. We propose that this system can be exploited conveniently for the development of neuronal gap junction modulators.

Modulation of potassium ion channel proteins utilising antibodies

The application of antibodies to living cells has the potential to modulate the function of specific proteins by virtue of their high specificity. This specificity has proven effective in determining the involvement of many proteins in neuronal function where specific agonists and antagonists do not exist, e.g. ion channel subunits. We discuss a way to utilise subunit specific antibodies to target individual channel subunits in electrophysiological experiments to determine functional roles within native neurones. Utilising this approach, we have investigated the role of the voltage-gated potassium channel Kv3.1b subunit within a region of the brainstem important in the regulation of autonomic function. We provide some useful control experiments in order to help validate this method. We conclude that antibodies can be extremely valuable in determining the functions of specific proteins in living neurones in neuroscience research.