Excitotoxicity-induced endocytosis mediates neuroprotection by TAT-peptide-linked JNK inhibitor.

ABSTRACT: Excitotoxicity and cerebral ischemia induce strong endocytosis in neurons, and we here investigate its functional role in neuroprotection by a functional transactivator of transcription (TAT)-peptide, the c-Jun N-terminal kinase (JNK) inhibitor D-JNKI1, against NMDA-excitotoxicity in vitro and neonatal ischemic stroke in P12 Sprague-Dawley rats. In both situations, the neuroprotective efficacy of D-JNKI1 was confirmed, but excessively high doses were counterproductive. Importantly, the induced endocytosis was necessary for neuroprotection, which required that the TAT-peptide be administered at a time when induced endocytosis was occurring. Uptake by other routes failed to protect, and even promoted cell death at high doses. Blocking the induced endocytosis of D-JNKI1 with heparin or with an excess of D-TAT-peptide eliminated the neuroprotection. We conclude that excitotoxicity-induced endocytosis is a basic property of stressed neurons that can target neuroprotective TAT-peptides into the neurons that need protection. Furthermore, it is the main mediator of neuroprotection by D-JNKI1. This may explain promising reports of strong neuroprotection by TAT-peptides without apparent side effects, and warns that the timing of peptide administration is crucial.

Coagulation Factor Xa Activates Thrombin and Signals Ischemic Neuronal Death Via Par-1 and JNK in Ischemic Neural Tissue

Background: The coagulation factor thrombin mediates ischemic neuronal deathand, at a low concentration, induces tolerance to ischemia.We investigated its modeof activation in ischemic neural tissue using an in vitro approach to distinguish therole of circulating coagulation factors from endogenous cerebral mechanisms. Wealso studied the signalling pathway downstream of thrombin in ischemia and afterthrombin preconditioning.Methods: Rat organotypic hippocampal slice cultures to 30 minute oxygen (5%)and glucose (1 mmol/L) deprivation (OGD).Results: Selective factor Xa (FXa) inhibition by fondaparinux during and afterOGD significantly reduced neuronal death in the CA1 after 48 hours. Thrombinactivity was increased in the medium 24 hours after OGD and this increasewas prevented by fondaparinux suggesting that FXa catalyzes the conversion ofprothrombin to thrombin in neural tissue after ischemia in vitro. Treatment withSCH79797, a selective antagonist of the thrombin receptor protease activatedreceptor-1 (PAR-1), significantly decreased neuronal cell death indicating thatthrombin signals ischemic damage via PAR-1. The JNK pathway plays an importantrole in cerebral ischemia and we observed activation of the JNK substrate,c-Jun in our model. Both the FXa inhibitor, fondaparinux and the PAR-1 antagonistSCH79797, decreased the level of phospho-c-Jun Ser73. After thrombin preconditioningc-Jun was activated by phosphorylation in the nuclei of neurons of the CA1.Treatment with a synthetic thrombin receptor agonist resulted in the same c-Junactivation profile and protection against subsequent OGD indicating that thrombinalso signals via PAR-1 and c-Jun in cell protection.Conclusion: These results indicate that FXa activates thrombin in cerebral ischemia,leading via PAR-1 to the activation of the JNK pathway resulting in neuronal death.Thrombin induced tolerance also involves PAR-1 and JNK, revealing commonfeatures in cell death and survival signalling.

Comparison between a linear ion trap and a triple quadruple MS in the sensitive detection of large peptides at femtomole amounts on column.

In addition to the importance of sample preparation and extract separation, MS detection is a key factor in the sensitive quantification of large undigested peptides. In this article, a linear ion trap MS (LIT-MS) and a triple quadrupole MS (TQ-MS) have been compared in the detection of large peptides at subnanomolar concentrations. Natural brain natriuretic peptide, C-peptide, substance P and D-Junk-inhibitor peptide, a full D-amino acid therapeutic peptide, were chosen. They were detected by ESI and simultaneous MS(1) and MS(2) acquisitions. With direct peptide infusion, MS(2) spectra revealed that fragmentation was peptide dependent, milder on the LIT-MS and required high collision energies on the TQ-MS to obtain high-intensity product ions. Peptide adsorption on surfaces was overcome and peptide dilutions ranging from 0.1 to 25 nM were injected onto an ultra high-pressure LC system with a 1 mm id analytical column and coupled with the MS instruments. No difference was observed between the two instruments when recording in LC-MS(1) acquisitions. However, in LC-MS(2) acquisitions, a better sensitivity in the detection of large peptides was observed with the LIT-MS. Indeed, with the three longer peptides, the typical fragmentation in the TQ-MS resulted in a dramatic loss of sensitivity (> or = 10x).

Transcranial Doppler ultrasound in the acute phase of aneurysmal subarachnoid hemorrhage.

BACKGROUND: Angiographic studies suggest that acute vasospasm within 48 h of aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH) predicts symptomatic vasospasm. However, the value of transcranial Doppler within 48 h of SAH is unknown. METHODS: We analyzed 199 patients who had at least 1 middle cerebral artery (MCA) transcranial Doppler examination within 48 h of SAH onset. Abnormal MCA mean blood flow velocity (mBFV) was defined as >90 cm/s. Delayed cerebral ischemia (DCI) was defined as clinical deterioration or radiological evidence of infarction due to vasospasm. RESULTS: Seventy-six patients (38%) had an elevation of MCA mBFV >90 cm/s within 48 h of SAH onset. The predictors of elevated mBFV included younger age (OR = 0.97 per year of age, p = 0.002), admission angiographic vasospasm (OR = 5.4, p = 0.009) and elevated white blood cell count (OR = 1.1 per 1,000 white blood cells, p = 0.003). Patients with elevated mBFV were more likely to experience a 10 cm/s fall in velocity at the first follow-up than those with normal baseline velocities (24 vs. 10%, p < 0.01), suggestive of resolving spasm. DCI developed in 19% of the patients. An elevated admission mBFV >90 cm/s during the first 48 h (adjusted OR = 2.7, p = 0.007) and a poor clinical grade (Hunt-Hess score 4 or 5, OR = 3.2, p = 0.002) were associated with a significant increase in the risk of DCI. CONCLUSION: Early elevations of mBFV correlate with acute angiographic vasospasm and are associated with a significantly increased risk of DCI. Transcranial Doppler ultrasound may be an early useful tool to identify patients at higher risk to develop DCI after SAH.

Cell death and autophagy after severe hypoxic-ischemic encephalopathy in term newborns

Introduction: Various studies from hypoxic-ischemic animals haveinvestigated neuroprotection by targeting necrosis and apoptosis with inconclusive results. Three types of cell death have been described: apoptosis, necrosis and more recently, autophagic cell death. While autophagy is a physiological process of degradation of cellular components, excessive autophagy may be involved in cell death. Recent studies showed that inhibition of autophagy is neuroprotective in rodent neonatal models of cerebral ischemia. Furthermore, neonatal hypoxia-ischemia strongly increased neuronal autophagic flux which is linked to cell death in a rat model of perinatal asphyxia. Following our observations in animals, the aim of the present study was to characterize the different neuronal death phenotypes and to clarify whether autophagic cell death could be also involved in neuronal death in the human newborns after perinatal asphyxia. Methods: we selected retrospectively and anonymously all newborns who died in our unit of neonatology between 2004 and 2009, with the following criteria: gestational age >36 weeks, diagnosis of perinatal asphyxia (Apgar <5 at 5 minutes, arterial pH <7.0 at 1 hour of life and encephalopathy Sarnat III) and performed autopsy. The brain of 6 cases in asphyxia group and 6 control cases matching gestational age who died of pulmonary or other malformations were selected. On histological sections of thalamus, frontal cortex and hippocampus, different markers of apoptosis (caspase 3, TUNEL), autophagosomes (LC3-II) and lysosomes (LAMP1, Cathepsin D) were tested by immunohistochemistry. Results: Preliminary studies on markers of apoptosis (TUNEL, caspase 3) and of autophagy (Cathepsin D, LC3II, LAMP1) showed an expected increase of apoptosis, but also an increase of neuronal autophagic flux in the selected areas. The distribution seems to be region specific. Conclusion: This is the first time that autophagic flux linked with cell death is shown in brain of human babies, in association with hypoxicischemic encephalopathy. This work leads to a better understanding of the mechanisms associated with neuronal death following perinatal asphyxia and determines whether autophagy could be a promising therapeutic target.

Brain multimodality monitoring: an update.

PURPOSE OF REVIEW: An important goal of neurocritical care is the management of secondary brain injury (SBI), that is pathological events occurring after primary insult that add further burden to outcome. Brain oedema, cerebral ischemia, energy dysfunction, seizures and systemic insults are the main components of SBI. We here review recent data showing the clinical utility of brain multimodality monitoring (BMM) for the management of SBI. RECENT FINDINGS: Despite being recommended by international guidelines, standard intracranial pressure (ICP) monitoring may be insufficient to detect all episodes of SBI. ICP monitoring, combined with brain oxygen (PbtO(2)), cerebral microdialysis and regional cerebral blood flow, might help to target therapy (e.g. management of cerebral perfusion pressure, blood transfusion, glucose control) to patient-specific pathophysiology. Physiological parameters derived from BMM, including PbtO(2) and microdialysis lactate/pyruvate ratio, correlate with outcome and have recently been incorporated into neurocritical care guidelines. Advanced intracranial devices can be complemented by quantitative electroencephalography to monitor changes of brain function and nonconvulsive seizures. SUMMARY: BMM offers an on-line comprehensive scrutiny of the injured brain and is increasingly used for the management of SBI. Integration of monitored data using new informatics tools may help optimize therapy of brain-injured patients and quality of care.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Orthopantomography contribution to prevent isquemic stroke

Objectives: The ortopantomography (OPG) can be a valuable way for an early detection of calcified atheroma plaques, thus contributing for a preliminary stroke risk evaluation. The study looks for the existence of calcified atheroma plates through the use of OPG, comparing the results with the stenosis percentage found through eco-doppler. It has been analyzed the correlation of the number of years as a smoker, arterial hypertension and body mass index, against the risk of having calcified atheroma plaques. Study Design: Observational, transversal and prospective study with 84 patients from the Dental Center of Hospital Particular de Lisboa. First the patients answered to an inquiry and them they were submitted to an OPG and an eco-doppler. Results and Conclusions: It is possible to detect calcified atheroma plaques in the carotid artery through an OPG and patients who have them have got a fifteen fold greater risk of suffering from carotid stenosis. In this study, it has been confirmed the increase in carotid stenosis for long term smokers (OR = 1,033, n=18, 42,9%). The study results show that hypertension patients have a probability 5,426 greater than normal of developing atheroma plaques (with sig=0,049). Amid analyzed patients, the correlation between obesity and the existence of carotid atheroma plaques was significant, although negative (sig=0,047). OPG can help find patients with higher risk of isquemic stroke

Can Orthopantomography be used as a tool for screening of carotid atheromatous pathology and thus be used to help reduce the prevalence of ischemic stroke within the population?

Objective: To assess the possibility of Dentists being able to screen patients with higher risk of vascular diseases. Materials: Kodak 8000C Orthopantomographer, eco-Doppler Logiq-500 General Electric at the Lisbon Hospital Particular. Methods: Assessment of orthopantomographies made to 142 patients aged 50 or more, as well as the existing risk factors. Conduction of carotid eco-Doppler to patients who appear to have calcified plaques of the atheroma. Results: Strong dependence between dichotomised age and having the pathology (p = 0.02).Smokers are twice more likely to present plaques (OR= 2). Being hypertensive increases in about 1.4 the likelihood of having a stroke (OR= 1.4). Of the 27 individuals who presented calcifications in the Orthopantomography, they were all submitted to an eco-Doppler and 21 had the pathology confirmed. 27 individuals, who did not show any plaques in the Orthopantomography, were randomly selected to be the control group. They were submitted to an eco-Doppler. And 23 confirmed the non-existence of plaques. Conclusions: Orthopantomography used for assessing the oral cavity reveals more information which should be the object of the Dentist"s attention

Brain perfusion in sepsis.

Brain dysfunction is a frequent complication of sepsis, usually defined as "sepsis-associated encephalopathy" (SAE). Its pathophysiology is complex and related to numerous processes and pathways, while the exact mechanisms producing neurological impairment in septic patients remain incompletely elucidated. Alterations of the cerebral blood flow (CBF) may represent a key component for the development of SAE. Reduction of CBF may be caused by cerebral vasoconstriction, either induced by inflammation or hypocapnia. Endothelial dysfunction associated with sepsis leads to impairment of microcirculation and cerebral metabolic uncoupling that may further reduce brain perfusion so that CBF becomes inadequate to satisfy brain cellular needs. The natural autoregulatory mechanisms that protect the brain from reduced/ inadequate CBF can be impaired in septic patients, especially in those with shock or delirium, and this further contributes to cerebral ischemia if blood pressure drops below critical thresholds. Sedative agents alter cerebro-vascular reactivity and may significantly reduce CBF. Although disorders of brain perfusion and alteration of CBF and cerebral autoregulation are frequently observed in humans with sepsis, their exact role in the pathogenesis of SAE remains unknown. Brain perfusion can further become inadequate due to cerebral microcirculatory dysfunction, as evidenced in the experimental setting. Microvascular alterations can be implicated in the development of electrophysiological abnormalities observed during sepsis and contribute to neurological alterations in septic animals. The aim of this review is to provide an update on the pathophysiology of brain perfusion in sepsis, with a particular focus on human clinical investigation and novel tools for CBF monitoring in septic patients.

Estudio piloto de la relación entre el aumento de la velocidad de onda del pulso en arteria carótida común medida por resonancia magnética y los factores de riesgo vasculares clásicos en sujetos con sospecha de lesión cerebrovascular isquémica

Arterial stiffness assessed by carotid-femoral pulse wave velocity (cfPWV) measurement is now well accepted as an independent predictor of vascular mortality and morbidity. However, the value of cfPWV has been considered to be limited for risk classification in patients with several vascular risk factors. Magnetic resonance (MR) allows measurement of PWV between two points, though to date mainly used to study the aorta. To assess the common carotid artery pulse wave velocity by magnetic resonance, determine their association with classical vascular risk factors and ischemic brain injury burden in patients with suspected ischemic cerebrovascular disease

Implications of ischemic penumbra for the diagnosis of brain death

The data reviewed here suggest the possibility that a global reduction of blood supply to the whole brain or solely to the infratentorial structures down to the range of ischemic penumbra for several hours or a few days may lead to misdiagnosis of irreversible brain or brain stem damage in a subset of deeply comatose patients with cephalic areflexia. The following proposals are advanced: 1) the lack of any set of clinically detectable brain functions does not provide a safe diagnosis of brain or brain stem death; 2) apnea testing may induce irreversible brain damage and should be abandoned; 3) moderate hypothermia, antipyresis, prevention of arterial hypotension, and occasionally intra-arterial thrombolysis may contribute to good recovery of a possibly large subset of cases of brain injury currently regarded as irreversible; 4) confirmatory tests for brain death should not replace or delay the administration of potentially effective therapeutic measures; 5) in order to validate confirmatory tests, further research is needed to relate their results to specific levels of blood supply to the brain. The current criteria for the diagnosis of brain death should be revised.

Rôle du GPR91 dans la réponse à l'hypoxie-ischémie et l'importance de sa localisation intracellulaire

L'adaptation à l'environnement est essentielle à la survie cellulaire et des organismes en général. La capacité d'adaptation aux variations en oxygène repose sur des mécanismes de détection de l'hypoxie et une capacité à répondre en amorçant un programme d'angiogenèse. Bien que la contribution du facteur induit par l'hypoxie (HIF) est bien définie dans l'induction d'une telle réponse, d'autres mécanismes sont susceptibles d'être impliqués. Dans cette optique, les études démontrant l'influence du métabolisme énergétique sur le développement vasculaire sont de plus en plus nombreuses. L'un de ces composés, le succinate, a récemment été démontré comme étant le ligand du GPR91, un récepteur couplé aux protéines G. Parmi les différents rôles attribués à ce récepteur, notre laboratoire s'intéressa aux rôles du GPR91 dans la revascularisation observée suite à des situations d'hypoxie dont ceux affectant la rétine. Il existe cependant d'autres conditions pour lesquelles une revascularisation serait bénéfique notamment suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral. Nos travaux ont pour objectifs de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement de ce récepteur durant le développement et dans le cadre de pathologies affectant la formation de vaisseaux sanguins. Dans un premier temps, nous avons déterminé le rôle du GPR91 dans la guérison suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral chez le nouveau-né. Nous montrons que ce récepteur est exprimé dans le cerveau et en utilisant des souris n'exprimant pas le GPR91, nous démontrons que dans un modèle d'hypoxie-ischémie cérébrale néonatal l'angiogenèse prenant place au cours de la phase de guérison dépend largement du récepteur. L'injection intracérébrale de succinate induit également l'expression de nombreux facteurs proangiogéniques et les résultats suggèrent que le GPR91 contrôle la production de ces facteurs. De plus, l'injection de ce métabolite avant le modèle d'hypoxie-ischémie réduit substantiellement la taille de l'infarctus. In vitro, des essaies de transcription génique démontrent qu'à la fois les neurones et les astrocytes répondent au succinate en induisant l'expression de facteurs bénéfiques à la revascularisation. En considérant le rôle physiologique important du GPR91, une seconde étude a été entreprise afin de comprendre les déterminants moléculaires régissant son activité. Bien que la localisation subcellulaire des RCPG ait traditionnellement été considérée comme étant la membrane plasmique, un nombre de publications indique la présence de ces récepteurs à l'intérieur de la cellule. En effet, tel qu'observé par microscopie confocale, le récepteur colocalise avec plusieurs marqueurs du réticulum endoplasmique, que celui-ci soit exprimé de façon endogène ou transfecté transitoirement. De plus, l’activation des gènes par stimulation avec le succinate est fortement affectée en présence d'inhibiteur du transport d'acides organiques. Nous montrons que le profil de facteurs angiogéniques est influencé selon la localisation ce qui affecte directement l'organisation du réseau tubulaire ex vivo. Finalement, nous avons identifié une région conservée du GPR91 qui agit de signal de rétention. De plus, nous avons découvert l'effet de l'hypoxie sur la localisation. Ces travaux confirment le rôle de régulateur maître de l'angiogenèse du GPR91 lors d'accumulation de succinate en condition hypoxique et démontrent pour la première fois l'existence, et l'importance, d'un récepteur intracellulaire activé par un intermédiaire du métabolisme. Ces données pavent donc la voie à une nouvelle avenue de traitement ciblant GPR91 dans des pathologies hypoxiques ischémiques cérébrales et soulèvent l'importance de tenir compte de la localisation subcellulaire de la cible dans le processus de découverte du médicament.

Hipocapnia en neuroanestesia : estado actual

La hiperventilación ha sido una maniobra común en el manejo anestésico de procedimientos neuroquirúrgicos. Hace unos años existía el escepticismo médico si esto resultaba en isquemia cerebral, hoy sabemos que es perjudicial y deteriora el estado y pronóstico del paciente.

A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.