One hundred million years of interhemispheric communication: the history of the corpus callosum

Analysis of regional corpus callosum fiber composition reveals that callosal regions connecting primary and secondary sensory areas tend to have higher proportions of coarse-diameter, highly myelinated fibers than callosal regions connecting so-called higher-order areas. This suggests that in primary/secondary sensory areas there are strong timing constraints for interhemispheric communication, which may be related to the process of midline fusion of the two sensory hemifields across the hemispheres. We postulate that the evolutionary origin of the corpus callosum in placental mammals is related to the mechanism of midline fusion in the sensory cortices, which only in mammals receive a topographically organized representation of the sensory surfaces. The early corpus callosum may have also served as a substrate for growth of fibers connecting higher-order areas, which possibly participated in the propagation of neuronal ensembles of synchronized activity between the hemispheres. However, as brains became much larger, the increasingly longer interhemispheric distance may have worked as a constraint for efficient callosal transmission. Callosal fiber composition tends to be quite uniform across species with different brain sizes, suggesting that the delay in callosal transmission is longer in bigger brains. There is only a small subset of large-diameter callosal fibers whose size increases with increasing interhemispheric distance. These limitations in interhemispheric connectivity may have favored the development of brain lateralization in some species like humans. "...if the currently received statements are correct, the appearance of the corpus callosum in the placental mammals is the greatest and most sudden modification exhibited by the brain in the whole series of vertebrated animals..." T.H. Huxley (1).

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Pathogenèse moléculaire de la neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux

La neuropathie sensitive et motrice héréditaire avec agénésie du corps calleux (NSMH/ACC) se traduit par une atteinte neurodégénérative sévère associée à des anomalies développementales dans le système nerveux central et du retard mental. Bien que rare dans le monde, ce désordre autosomique récessif est particulièrement fréquent dans la population Québécoise du Canada Français du fait d’un effet fondateur. L’unique étude réalisée sur la mutation québécoise du gène qui code pour le co-transporteur de potassiumchlore 3 (KCC3) a montré qu’il y a une perte de fonction de la protéine. Cependant, la maladie est également retrouvée hors du Québec et il reste encore à élucider les pathomécanismes mis en jeu. Nous avons donc séquencé les 26 exons du gène KCC3 chez des individus recrutés dans le monde entier et suspectés d’être atteints de la maladie. Nous avons ainsi identifié trois nouvelles mutations. L’étude fonctionnelle de ces mutations nous a confirmé la perte de fonction systématique des co-transporteurs mutés. Puisque l’inactivation de KCC3 se produit majoritairement via l’élimination de segments peptidiques en C-terminus, nous avons concentré notre attention sur l’identification des interactions qui s’y produisent. À l’aide d’approches double hybride, pull-down et immunomarquage, nous avons déterminé que KCC3 interagit avec la créatine kinase CK-B et que cette interaction est perturbée par les mutations tronquantes. De plus, l’utilisation d’un inhibiteur de créatine kinase inactive KCC3, ce qui démontre qu’il existe bien un lien fonctionnel et pathologique entre KCC3 et ses partenaires C-terminaux. Nous avons aussi identifié des anomalies majeures de localisation membranaire des KCC3 mutés. Que KCC3 soit tronqué ou pleine longueur, sa distribution subcellulaire est affectée dans des cellules en culture, dans les ovocytes de Xenopes et dans des échantillons de cerveau de patients. La perte d’interaction entre KCC3 et CK-B et/ou les défauts de transit intracellulaire de KCC3 sont donc les mécanismes pathologiques majeurs de la NSMH/ACC.

Dynamique cérébrale et réserve cognitive en situation d’attention sélective dans le vieillissement normal et les troubles de la cognition : approche neurofonctionnelle

Réalisée en cotutelle avec l'Unité de Formation à la Recherche Lettres Arts et Sciences Humaines - Université Nice-Sophia Antipolis.

Études génétiques moléculaires des gènes de la polarité planaire cellulaire dans les anomalies du tube neural chez l’Homme

Les anomalies du tube neural (ATN) sont des malformations congénitales parmi les plus fréquentes chez l’humain en touchant 1-2 nouveau-nés par 1000 naissances. Elles résultent d’un défaut de fermeture du tube neural pendant l’embryogenèse. Les formes les plus courantes d'ATN chez l'homme sont l'anencéphalie et le spina-bifida. Leur étiologie est complexe impliquant à la fois des facteurs environnementaux et des facteurs génétiques. Un dérèglement dans la signalisation Wnt, incluant la signalisation canonique Wnt/β-caténine et non-canonique de la polarité planaire cellulaire (PCP), peut causer respectivement le cancer ou les anomalies du tube neural (ATN). Les deux voies semblent s’antagoniser mutuellement. Dans cette étude, nous investiguons les rôles de Lrp6 et deANKRD6, entant qu’interrupteurs moléculaires entre les deux voies de signalisation Wnt, et CELSR1, en tant que membre de la PCP, chez la souris mutante Skax26m1Jus, générée par l’agent mutagène N-Ethyl-N-Nitrosuera, et dans une cohorte de patients humains ATN. Pour Lrp6, nous avons démontré que Skax26m1Jus représente un allèle hypermorphe de Lrp6 avec une augmentation de l’activité de la signalisation Wnt/canonique et une diminution de l’activité JNK induite par la voie PCP. Nous avons également montré que Lrp6Skax26m1Jus interagit génétiquement avec un mutant PCP (Vangl2Lp) où les doubles hétérozygotes ont montré une fréquence élevée d’ATN et des défauts dans la polarité des cellules ciliées de la cochlée. Particulièrement, notre étude démontre l'association des nouvelles et rares mutations faux-sens dans LRP6 avec les ATN humaines. Nous montrons que trois mutations de LRP6 causent une activité canonique réduite et non-canonique élevée. Pour ANKRD6, nous avons identifié quatre nouvelles et rares mutations faux-sens chez 0,8% des patients ATN et deux chez 1,3% des contrôles. Notamment, seulement deux, des six mutations validées (p.Pro548Leu et p.Arg632His) ont démontré un effet significatif sur l’activité de ANKRD6 selon un mode hypomorphique. Pour CELSR1, nous avons identifié une mutation non-sens dans l'exon 1 qui supprime la majeure partie de la protéine et une délétionde 12 pb. Cette perte de nucléotides ne change pas le cadre de lecture et élimine un motif putatif de phosphorylation par la PKC " SSR ". Nous avons également détecté un total de 13 nouveaux et rares variants faux-sens qui avaient été prédits comme étant pathogènes in silico. Nos données confirment le rôle inhibiteur de Lrp6 dans la signalisation PCP pendant la neurulation et indiquent aussi que les mutations faux-sens identifiées chez LRP6 et ANKRD6 pourraient affecter un équilibre réciproque et un antagonisme très sensible à un dosage précis entre les deux voies Wnt. Ces variants peuvent aussi agir comme facteurs prédisposants aux ATN. En outre, nos résultats impliquent aussi CELSR1 comme un facteur de risque pour les anomalies du tube neural ou l’agénésie caudale. Nos résultats fournissent des preuves supplémentaires que la voie de signalisation PCP a un rôle pathogène dans ces malformations congénitales et un outil important pour mieux comprendre leurs mécanismes moléculaires.

Organizational effects of fetal testosterone on human corpus callosum size and asymmetry

Previous theory and research in animals has identified the critical role that fetal testosterone (FT) plays in organizing sexually dimorphic brain development. However, to date there are no studies in humans directly testing the organizational effects of FT on structural brain development. In the current study we investigated the effects of FT on corpus callosum size and asymmetry. High-resolution structural magnetic resonance images (MRI) of the brain were obtained on 28 8-11-year-old boys whose exposure to FT had been previously measured in utero via amniocentesis conducted during the second trimester. Although there was no relationship between FT and midsaggital corpus callosum size, increasing FT was significantly related to increasing rightward asymmetry (e.g., Right>Left) of a posterior subsection of the callosum, the isthmus, that projects mainly to parietal and superior temporal areas. This potential organizational effect of FT on rightward callosal asymmetry may be working through enhancing the neuroprotective effects of FT and result in an asymmetric distribution of callosal axons. We suggest that this possible organizational effect of FT on callosal asymmetry may also play a role in shaping sexual dimorphism in functional and structural brain development, cognition, and behavior.

Frontonasal Dysplasia, Severe Neuropsychological Delay, and Midline Central Nervous System Anomalies: Report of 10 Brazilian Male Patients

Here we report on 10 male patients with frontonasal dysplasia, cleft lip/palate, mental retardation, lack of language acquisition, and severe central nervous system involvement. Imaging studies disclosed absence of the corpus callosum, midline cysts, and an abnormally modeled cerebellum. Neuronal heterotopias were present in five patients and parieto-occipital encephalocele in three patients. We suggest that this pattern found exclusively in males, most likely represents a newly recognized syndrome distilled from the group of disorders subsumed under frontonasal dysplasia. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

Variable phenotypic manifestations of a K44N mutation in the TGIF gene

The etiologies and clinical spectra of HPE are extremely heterogeneous. Here, we report a Brazilian boy with lobar holoprosencephaly who was ascertained in a sample of 60 patients with HPE and HPE-like phenotypes and screened for molecular analysis of the major HPE causative genes: SHH, PTCH, SIX3, GLI2, and TGIF This boy presented a p.K44N (c.132G > T) mutation in exon 2 of the TGIF gene which was inherited from his phenotypically normal mother. This mutation leads to lysine to arginine amino acid change and is predicted to be a damaging mutation. Clinical aspects involving variable phenotypical manifestations in different mutations of TGIF are discussed. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Hipotireoidismo congênito: recomendações do Departamento de Tireoide da Sociedade Brasileira de Endocrinologia e Metabologia

O hipotireoidismo congênito (HC) é o distúrbio endócrino congênito mais frequente, com incidência variando de 1:2.000 a 1:4.000 crianças nascidas vivas e uma das principais causas de retardo mental que pode ser prevenida. Os Programas de Triagem Neonatal para a doença permitem a identificação precoce dos afetados e seu tratamento de modo a evitar as complicações da falta do hormônio. A maioria dos casos de hipotireoidismo congênito é decorrente de disgenesias tireoidianas (85%), entre elas a ectopia, hipoplasia ou agenesia tireoidianas, e os demais resultam de defeitos de síntese hormonal. As crianças afetadas (> 95%) geralmente não apresentam sintomas sugestivos da doença ao nascimento. Os sintomas e sinais mais comuns são: icterícia neonatal prolongada, choro rouco, letargia, movimentos lentos, constipação, macroglossia, hérnia umbilical, fontanelas amplas, hipotonia e pele seca. Várias estratégias são utilizadas para a triagem do HC. No Brasil, esta é obrigatória por lei e geralmente é feita com a dosagem de TSH em sangue seco coletado do calcanhar. A idade recomendada para sua realização é após as 48 horas de vida até o quarto dia. A confirmação diagnóstica é obrigatória com as dosagens de TSH e T4 livre ou T4 total.

Resultado perinatal de fetos com malformações do trato urinário

PURPOSE: to evaluate the perinatal outcome of fetuses with congenital anomalies of the urinary tract. METHODS: we reviewed the perinatal outcome of 35 fetuses with congenital anomalies of the urinary tract. The following characteristics related to the uropathy were analyzed: type (hydronephrosis, dysplasia and renal agenesis), side of lesion (bilateral or unilateral), and level of the obstruction (high or low, in hydronephrosis). The perinatal outcome was evaluated according to these characteristics. The data were analyzed by the c² test and by the exact Fisher test. The level of significance was 0.05. RESULTS: the incidence of hydronephrosis was 68.6%. Half of the fetuses had unilateral hydronephrosis. Renal dysplasia occurred in 17.1% of the cases; 83.3% of these were bilateral and 16.7%, unilateral. The incidence of renal agenesis was 14.3%, all bilateral. The fetuses with dysplasia/agenesis had a 91% incidence of oligohydramnios, preterm birth, low birth weight, and death. In the group with bilateral disease the presence of oligohydramnios, preterm birth, low birth weight, death, urinary tract infections, and the need of hospitalization for a period greater than 7 days was significant when compared to the group with unilateral disease. The need of hospitalization for a period greater than 7 days in patients with low obstruction was significantly higher when compared to the patients with high obstruction. CONCLUSIONS: hydronephrosis, bilateral disease, and lower obstruction were the most frequent uropathies. The dysplasia/agenesis group had a worse prognosis when compared with the hydronephrosis group. Bilateral disease had a worse prognosis when compared with the unilateral disease group. In the low obstruction group, the need for a period of hospitalization greater than seven days was higher than in the high obstruction group.

Tubo de Lester-Jones: indicações e resultados

OBJETIVO: Avaliar as indicações, resultados e complicações advindas do seu uso. MÉTODOS: Avaliaram-se retrospectivamente 25 pacientes submetidos a 27 conjuntivorrinostomias com colocação de tubo de Lester-Jones. Foram estudados os dados do portador, a etiologia da afecção e as complicações que ocorreram no intra e no pós-operatório. Os dados foram avaliados segundo a freqüência de ocorrência. RESULTADOS: O tubo de Lester-Jones foi usado igualmente em ambos os sexos, mais em indivíduos abaixo dos 10 ou acima dos 50 anos de idade. As causas mais freqüentes para utilização foram a idiopática ou a agenesia congênita de pontos e canalículos. Houve melhora dos sintomas em 88% dos pacientes. Complicações ocorreram em 59,25% dos casos, dentre as quais: extrusão (40,74%) e a migração (14,8%) do tubo. CONCLUSÃO: Apesar das complicações observadas, o índice de cura com a utilização do tubo de Lester-Jones é alto, sendo boa opção para o tratamento das obstruções lacrimais altas.

The association between prune belly syndrome and dental anomalies: a case report

Background: Prune belly syndrome is a rare condition produced by an early mesodermal defect that causes abdominal abnormalities. However, the literature indicates that disturbances related to ectodermal development may also be present. This is the first case report in the literature to suggest that dental abnormalities are part of the broad spectrum of clinical features of prune belly syndrome. Because the syndrome causes many serious medical problems, early diagnosis of abnormalities involving the primary and permanent dentitions are encouraged.Case presentation: The authors report the clinical case of a 4-year-old Caucasian boy with prune belly syndrome. In addition to the triad of abdominal muscle deficiency, abnormalities of the gastrointestinal and urinary tracts, and cryptorchidism, a geminated mandibular right central incisor, agenesis of a mandibular permanent left incisor, and congenitally missing primary teeth (namely, the mandibular right and left lateral incisors) were noted.Conclusion: This original case report about prune belly syndrome highlights the possibility that dental abnormalities are a part of the broad spectrum of clinical features of the syndrome. Therefore, an accurate intra-oral clinical examination and radiographic evaluation are required for patients with this syndrome in order to provide an early diagnosis of abnormalities involving the primary and permanent dentitions.

Dental abnormalities in children after chemotherapy treatment for acute lymphoid leukemia

The frequency of dental abnormalities, such as delayed dental development, microdontia, hypoplasia, agenesis, V-shaped root and shortened root was evaluated in 76 acute lymphoblastic leukemia (ALL) pediatric patients who had been off chemotherapy for 6 months. These children had been subjected to one of the three Brazilian Protocols or the BFM86 Protocol. The patients were divided into three groups: Group I (GI; high risk) treated with one of the three Brazilian Protocols who received high-dose chemotherapy, intensive maintenance and cranial radiotherapy; Group II (GII; low risk) who were also treated with one of the three Brazilian Protocols using low-intensive chemotherapy with no radiotherapy; and Group III (GIII) based on the BFM86 Protocol.Of 76 children, 13 showed no dental abnormalities (8 were at the age of tooth formation). The remaining 63 children (82.9%) showed at least one dental anomaly.The abnormalities were probably caused by the type, intensity, frequency of the treatment and age of the patients at ALL diagnosis and this might have important consequences for the children's dental development. (C) 2002 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.

Anoftalmia congênita clínica - alterações oculares e sistêmicas associadas

Purpose: To describe alterations observed in patients with congenital clinical anophthalmia and the occurrence of association with other ocular and extra ocular abnormalities. Methods: An observational retrospective study was conducted evaluating 12 patients with congenital clinical anophthalmia at Faculdade de Medicina de Botucatu-UNESP, between 1992 and 2005. In those patients it was observed the ocular abnormalities, severity, laterality, follow-up and to systemic abnormalities associated. The congenital clinical anophthalmia have been associated to major severity abnormalities extra-oculars, mainly when the anophthalmia was bilateral, such agenesis of corpus callosum, others craniofacial anomalies and cardiac defects. In the cases unilateral, the alteration associated more frequently was the facial asymmetry, showing the direct correlation between anophthalmos and development of orbit and face. Conclusion: There was relation between congenital clinical anophthalmia and ocular abnormally and extra-ocular abnormally. Patients with bilateral anophthalmos disease have more severe alterations. anophthalmia congenital attends a course with abnormalities of development of the face.

Rectovaginal fistula with anal atresia in 5 dogs

Five dogs with rectovaginal fistula and atresia ani that had been treated by surgical correction of the malformations were studied retrospectively. Ages at presentation varied from 1 to 3 months and weight from 350 g to 7.5 kg. The histories included voiding of feces through the vulva, with or without tenesmus, usually observed after weaning. Artesia ani, presence of feces in the vaginal canal, abdominal distention, and discomfort on abdominal palpation were observed during clinical examination. Also, 3 dogs had partial tail agenesis. In all dogs, the rectovaginal fistula was isolated and transected, the vulvar and rectal defects were closed separately, and the atresia ani was repaired. Normal defecation was restored, but 1 dog had fecal incontinence that subsequently resolved. One dog died 2.5 months postoperatively, and follow-up was done on the others for periods ranging from 1.6 year to 7.7 years. Surgical correction in dogs with rectovaginal fistula and atresia ani may result in a favorable outcome, if it is done early.