Neurosteroids: Deficient cognitive performance in aged rats depends on low pregnenolone sulfate levels in the hippocampus

Pregnenolone sulfate (PREG S) is synthesized in the nervous system and is a major neurosteroid in the rat brain. Its concentrations were measured in the hippocampus and other brain areas of single adult and aged (22–24 month-old) male Sprague–Dawley rats. Significantly lower levels were found in aged rats, although the values were widely scattered and reached, in about half the animals, the same range as those of young ones. The spatial memory performances of aged rats were investigated in two different spatial memory tasks, the Morris water maze and Y-maze. Performances in both tests were significantly correlated and, accompanied by appropriate controls, likely evaluated genuine memory function. Importantly, individual hippocampal PREG S and distance to reach the platform in the water maze were linked by a significant correlation, i.e., those rats with lower memory deficit had the highest PREG S levels, whereas no relationship was found with the PREG S content in other brain areas (amygdala, prefrontal cortex, parietal cortex, striatum). Moreover, the memory deficit of cognitively impaired aged rats was transiently corrected after either intraperitoneal or bilateral intrahippocampal injection of PREG S. PREG S is both a γ-aminobutyric acid antagonist and a positive allosteric modulator at the N-methyl-d-aspartate receptor, and may reinforce neurotransmitter system(s) that decline with age. Indeed, intracerebroventricular injection of PREG S was shown to stimulate acetylcholine release in the adult rat hippocampus. In conclusion, it is proposed that the hippocampal content of PREG S plays a physiological role in preserving and/or enhancing cognitive abilities in old animals, possibly via an interaction with central cholinergic systems. Thus, neurosteroids should be further studied in the context of prevention and/or treatment of age-related memory disorders.

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

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

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

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

Individual differences in human-computer interaction

This thesis initially presents an 'assay' of the literature pertaining to individual differences in human-computer interaction. A series of experiments is then reported, designed to investigate the association between a variety of individual characteristics and various computer task and interface factors. Predictor variables included age, computer expertise, and psychometric tests of spatial visualisation, spatial memory, logical reasoning, associative memory, and verbal ability. These were studied in relation to a variety of computer-based tacks, including: (1) word processing and its component elements; (ii) the location of target words within passages of text; (iii) the navigation of networks and menus; (iv) command generation using menus and command line interfaces; (v) the search and selection of icons and text labels; (vi) information retrieval. A measure of self-report workload was also included in several of these experiments. The main experimental findings included: (i) an interaction between spatial ability and the manipulation of semantic but not spatial interface content; (ii) verbal ability being only predictive of certain task components of word processing; (iii) age differences in word processing and information retrieval speed but not accuracy; (iv) evidence of compensatory strategies being employed by older subjects; (v) evidence of performance strategy differences which disadvantaged high spatial subjects in conditions of low spatial information content; (vi) interactive effects of associative memory, expertise and command strategy; (vii) an association between logical reasoning and word processing but not information retrieval; (viii) an interaction between expertise and cognitive demand; and (ix) a stronger association between cognitive ability and novice performance than expert performance.

Variations in dentate gyrus pathology in neurodegenerative disease

The dentate gyrus (DG) is an important part of the hippocampal formation and is believed to be involved in a variety of brain functions including episodic and spatial memory and the exploration of novel environments. In several neurodegenerative disorders, significant pathology occurs in the DG which may be involved in the development of clinical dementia. Based on the abundance of pathological change, neurodegenerative disorders could be divided into three groups: (1) those in which high densities of neuronal cytoplasmic inclusions (NCI) were present in DG granule cells, e.g., Pick’s disease (PiD), frontotemporal lobar degeneration with TDP-43-immunoreactive inclusions (FTLD-TDP), and neuronal intermediate filament inclusion disease (NIFID), (2) those in which aggregated protein deposits were distributed throughout the hippocampal formation including the molecular layer of the DG, e.g., Alzheimer’s disease (AD), Down’s syndrome (DS), and variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD), and (3) those in which in there was significantly less pathology in the DG, e.g., Parkinson’s disease dementia (PD-Dem), dementia with Lewy bodies (DLB), progressive supranuclear palsy (PSP), corticobasal degeneration (CBD), multiple system atrophy (MSA), and sporadic CJD (sCJD). Hence, DG pathology varied significantly among disorders which could contribute to differences in clinical dementia. Pathological differences among disorders could reflect either differential vulnerability of the DG to specific molecular pathologies or variation in the degree of spread of pathological proteins into the hippocampal formation from adjacent regions.

Pathology of the dentate gyrus in neurodegenerative disease

The dentate gyrus (DG) is an important part of the hippocampal formation and is believed to be involved in a variety of brain functions including episodic and spatial memory and the exploration of novel environments. In several neurodegenerative disorders, significant pathology occurs in the DG which may be involved in the development of clinical dementia. Based on the abundance of pathological change, neurodegenerative disorders can be divided into three groups: (1) those in which high densities of neuronal cytoplasmic inclusions (NCI) are present in DG granule cells, e.g., Pick’s disease (PiD), frontotemporal lobar degeneration with TDP-43-immunoreactive inclusions (FTLD-TDP), and neuronal intermediate filament inclusion disease (NIFID), (2) those in which aggregated protein deposits are distributed throughout the hippocampal formation including the molecular layer of the DG, e.g., Alzheimer’s disease (AD), Down’s syndrome (DS), and variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD), and (3) those in which in there is significantly less pathology in the DG, e.g., Parkinson’s disease dementia (PD-Dem), dementia with Lewy bodies (DLB), progressive supranuclear palsy (PSP), corticobasal degeneration (CBD), multiple system atrophy (MSA), and sporadic CJD (sCJD). Hence, DG pathology varies significantly among disorders which could contribute to differences in clinical dementia. Pathological differences among disorders could reflect either differential vulnerability of the DG to specific molecular pathologies or variation in the degree of spread of pathological proteins into the hippocampal formation from adjacent regions.

Mutant tau knock-in mice display frontotemporal dementia relevant behaviour and histopathology

Peer reviewed

Altered hippocampal function in major depression despite intact structure and resting perfusion

A.F. is supported by Research Capability Funding from the Northumberland-Tyne-and-Wear NHS Foundation Trust awarded to R.H.M.-W.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Estudo da participação do receptor P2X7 no desempenho cognitivo de roedores: abordagens farmacológicas e genéticas

A memória é um fenômeno decorrente de um conjunto de processos fisiológicos denominado plasticidade. Várias formas de plasticidade são necessárias no processo de formação da memória e também são responsáveis pelo gerenciamento do comportamento. O fenômeno eletrofisiológico chamado potencialização de longa duração (PLD), cuja ocorrência no hipocampo merece destaque, foi proposto como sendo o mecanismo de plasticidade constitutivo das bases da consolidação da memória nesta região encefálica. A importância da plasticidade na região CA1 do hipocampo se manifesta em diversas formas de aprendizado, como espacial e condicionamento clássico. Os eventos bioquímicos que culminam na plasticidade e formação da memória sofrem influência de diversos sistemas de neurotransmissores e evidências indicam também a participação do sistema purinérgico, provavelmente através dos receptores ionotrópicos P2X. Receptores purinérgicos do subtipo P2X7 (P2X7R), largamente distribuídos no sistema nervoso central (SNC), além de possuírem várias características que os distinguem de outros subtipos de receptores P2X, estão envolvidos na regulação da liberação de neurotransmissores cruciais para a promoção da PLD na região hipocampal e formação da memória. Assim, este trabalho objetivou avaliar a participação dos P2X7R em camundongos geneticamente modificados (KO), que não expressam o receptor P2X7, e ratos através da exposição destes a diferentes tarefas comportamentais, bem como avaliar o efeito do enriquecimento ambiental sobre possíveis déficits mnemônicos resultantes da supressão gênica sobre o receptor P2X7. Os resultados sugerem que os P2X7R participam tanto da memória aversiva como da memória espacial: o bloqueio farmacológico com o antagonista específico de P2X7R A-740003 em diferentes janelas temporais causou prejuízos mnemônicos em ratos submetidos à tarefa do medo condicionado contextual (MCC), enquanto a deleção do P2X7R causou déficits mnemônicos a camundongos nas tarefas do labirinto aquático de Morris e no MCC, indicando prejuízos nas memórias espacial e aversiva, respectivamente. Experimentos com enriquecimento ambiental sugerem que esta forma de estimulação contribui na reversão dos déficits mnemônicos causado pela ausência do P2X7R. Por fim, nenhuma alteração na memória de habituação foi observada em animais com deleção gênica para o P2X7R.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Epothilone-d rescues cognition and attenuates alzheimer’s disease-like pathology in APP/PS1 mice

AIMS: Cognitive decline in Alzheimer's disease (AD) patients has been linked to synaptic damage and neuronal loss. Hyperphosphorylation of tau protein destabilizes microtubules leading to the accumulation of autophagy/vesicular material and the generation of dystrophic neurites, thus contributing to axonal/synaptic dysfunction. In this study, we analyzed the effect of a microtubule-stabilizing compound in the progression of the disease in the hippocampus of APP751SL/PS1M146L transgenic model. METHODS: APP/PS1 mice (3 month-old) were treated with a weekly intraperitoneal injection of 2 mg/kg epothilone-D (Epo-D) for 3 months. Vehicle-injected animals were used as controls. Mice were tested on the Morris water maze, Y-maze and object-recognition tasks for memory performance. Abeta, AT8, ubiquitin and synaptic markers levels were analyzed by Western-blots. Hippocampal plaque, synaptic and dystrophic loadings were quantified by image analysis after immunohistochemical stainings. RESULTS: Epo-D treated mice exhibited a significant improvement in the memory tests compared to controls. The rescue of cognitive deficits was associated to a significant reduction in the AD-like hippocampal pathology. Levels of Abeta, APP and ubiquitin were significantly reduced in treated animals. This was paralleled by a decrease in the amyloid burden, and more importantly, in the plaque-associated axonal dystrophy pathology. Finally, synaptic levels were significantly restored in treated animals compared to controls. CONCLUSION: Epo-D treatment promotes synaptic and spatial memory recovery, reduces the accumulation of extracellular Abeta and the associated neuritic pathology in the hippocampus of APP/PS1 model. Therefore, microtubule stabilizing drugs could be considered therapeutical candidates to slow down AD progression. Supported by FIS-PI12/01431 and PI15/00796 (AG),FIS-PI12/01439 and PI15/00957(JV)

Behavioural and neurochemical consequences of chronic gut microbiota depletion during adulthood in the rat

Gut microbiota colonization is a key event for host physiology that occurs early in life. Disruption of this process leads to altered brain development which ultimately manifests as changes in brain function and behaviour in adulthood. Studies using germ-free mice highlight the extreme impact on brain health that results from life without commensal microbes, however the impact of microbiota disturbances occurring in adulthood is less studied. To this end, we depleted the gut microbiota of 10-week-old male Sprague Dawley rats via chronic antibiotic treatment. Following this marked, sustained depletion of the gut bacteria, we investigated behavioural and molecular hallmarks of gut-brain communication. Our results reveal that depletion of the gut microbiota during adulthood results in deficits in spatial memory as tested by Morris water maze, increased visceral sensitivity and a greater display of depressive-like behaviours in the forced swim test. In tandem with these clear behavioural alterations we found change in altered CNS serotonin concentration along with changes in the mRNA levels of corticotrophin releasing hormone receptor 1 and glucocorticoid receptor. Additionally, we found changes in the expression of BDNF, a hallmark of altered microbiota-gut-brain axis signaling. In summary, this model of antibiotic-induced depletion of the gut microbiota can be used for future studies interested in the impact of the gut microbiota on host health without the confounding developmental influence of early-life microbial alterations.

Altered oscillatory dynamics of CA1 parvalbumin-basket cells during theta-gamma rhythmopathies of temporal lobe epilepsy

Recent reports in human demonstrate a role of theta– gamma coupling in memory for spatial episodes and a lack of coupling in people experiencing temporal lobe epilepsy, but the mechanisms are unknown. Using multisite silicon probe recordings of epileptic rats engaged in episodic-like object recognition tasks, we sought to evaluate the role of theta– gamma coupling in the absence of epileptiform activities. Our data reveal a specific association between theta– gamma (30 – 60 Hz) coupling at the proximal stratum radiatum of CA1 and spatial memory deficits. We targeted the microcircuit mechanisms with a novel approach to identify putative interneuronal types in tetrode recordings (parvalbumin basket cells in particular) and validated classification criteria in the epileptic context with neurochemical identification of intracellularly recorded cells. In epileptic rats, putative parvalbumin basket cells fired poorly modulated at the falling theta phase, consistent with weaker inputs from Schaffer collaterals and attenuated gamma oscillations, as evaluated by theta-phase decomposition of current–source density signals. We propose that theta– gamma interneuronal rhythmopathies of the temporal lobe are intimately related to episodic memory dysfunction in this condition.