A comparison of frailty of primary neurons, embryonic, and aging mouse cortical layers.

Superficial layers I to III of the human cerebral cortex are more vulnerable toward Aβ peptides than deep layers V to VI in aging. Three models of layers were used to investigate this pattern of frailty. First, primary neurons from E14 and E17 embryonic murine cortices, corresponding respectively to future deep and superficial layers, were treated either with Aβ1-42, okadaic acid, or kainic acid. Second, whole E14 and E17 embryonic cortices, and third, in vitro separated deep and superficial layers of young and old C57BL/6J mice, were treated identically. We observed that E14 and E17 neurons in culture were prone to death after the Aβ and particularly the kainic acid treatment. This was also the case for the superficial layers of the aged cortex, but not for the embryonic, the young cortex, and the deep layers of the aged cortex. Thus, the aged superficial layers appeared to be preferentially vulnerable against Aβ and kainic acid. This pattern of vulnerability corresponds to enhanced accumulation of senile plaques in the superficial cortical layers with aging and Alzheimer's disease.

Cerebellar cortical layers: in vivo visualization with structural high-field-strength MR imaging.

Purpose: To perform in vivo imaging of the cerebellum with an in-plane resolution of 120 mm to observe its cortical granular and molecular layers by taking advantage of the high signal-to-noise ratio and the increased magnetic susceptibility-related contrast available at high magnetic field strength such as 7 T. Materials and Methods: The study was approved by the institutional review board, and all patients provided written consent. Three healthy persons (two men, one woman; mean age, 30 years; age range, 28-31 years) underwent MR imaging with a 7-T system. Gradient-echo images (repetition time msec/echo time msec, 1000/25) of the human cerebellum were acquired with a nominal in-plane resolution of approximately 120 mum and a section thickness of 1 mm. Results: Structures with dimensions as small as 240 mum, such as the granular and molecular layers in the cerebellar cortex, were detected in vivo. The detection of these structures was confirmed by comparing the contrast obtained on T2*-weighted and phase images with that obtained on images of rat cerebellum acquired at 14 T with 30 mum in-plane resolution. Conclusion: In vivo cerebellar imaging at near-microscopic resolution is feasible at 7 T. Such detailed observation of an anatomic area that can be affected by a number of neurologic and psychiatric diseases, such as stroke, tumors, autism, and schizophrenia, could potentially provide newer markers for diagnosis and follow-up in patients with such pathologic conditions. (c) RSNA, 2010.

Cortical origin of functional recovery in the somatosensory cortex of the adult mouse after thalamic lesion

Résumé L'accident vasculaire cérébral sensoriel pur est un des syndromes lacunaires, dû à l'occlusion de petits vaisseaux cérébraux, souvent dans le cadre d'une lésion intéressant le noyau ventro-caudal du thalamus. Il produit un hémisyndrome sensitif pur, et parfois un syndrome douloureux se développe à distance de l'événement aigu. Afin d'étudier la récupération fonctionnelle dans le cortex somatosensoriel (SI) après une telle lésion dans le thalamus, un modèle de lésion excitotoxique a été développé dans le système somatosensoriel de la souris adulte, caractérisé par la présence de formations cytoarchitectoniques dans SI appelées "tonneaux". Chacun de ces tonneaux correspond à la représentation corticale d'une vibrisse du museau. L'activité métabolique a été mesurée dans SI à différents intervalles après la lésion, à l'aide de déoxyglucose marqué radioactivement. Dans les deux premiers jours suivant celle-ci, l'activité métabolique diminue de manière importante dans toutes les couches corticales, avec une atteinte plus marquée dans la couche IV, principale projection des axones thalamo-corticaux. Une récupération de l'activité métabolique se produit ensuite, d'autant plus marquée que le délai après la lésion est grand. Cette récupération s'observe dans toutes les couches coticales, les couches I et Vb récupérant plus rapidement que les couches II, III, IV, Va et VI. Cinq semaines après la lésion, l'absence des vibrisses correspondant à la partie déafférentée de SI diminue l'activité métabolique corticale de 32% et démontre l'activation par la périphérie de cette partie de l'écorce, malgré la perte des axones thalamo-corticaux provenant du noyau ventro-caudal. Des expériences de traçage rétrograde ont montré une augmentation des projections intracorticales sur la partie déafférentée de l'écorce, en particulier de longue distance, ainsi que des projections interhémisphériques, mais n'ont pas permis de mettre en évidence de nouvelle projection thalamique, indiquant une origine corticale à la récupération fonctionnelle observée. Abstract To study the degree and time course of the functional recovery in the somatosensory cortex (SI) after an excitotoxic lesion in the adult mouse thalamus, metabolic activity was determined in SI at various times points post lesion. Immediately after the lesion, metabolic activity in the thalamically deafferented part of SI was at its lowest value but increased progressively at subsequent time points. This was seen in all cortical layers, however, layers I and Vb recover more rapidly than layers II, III, IV, Va and VI. Removal of the mystacial whiskers corresponding to the deafferented area, 5 weeks after cortical recovery, produced a subsequent 32% drop in metabolic activity, demonstrating peripheral sensory activation of this part of the cortex. Tracing experiments revealed that the deafferented cortex did not receive a novel thalamic input, but cortico-cortical and contralateral barrel cortex projections to this area were reinforced. We conclude that the cortical functional recovery after a thalamic lesion is, at least partially, due to modified cortico-cortical and callosal projections to the deafferented cortical area.

Impaired fast-spiking, suppressed cortical inhibition and increased susceptibility to seizures in mice lacking Kv3.2 K+ channel proteins

Voltage-gated K+ channels of the Kv3 subfamily have unusual electrophysiological properties, including activation at very depolarized voltages (positive to −10 mV) and very fast deactivation rates, suggesting special roles in neuronal excitability. In the brain, Kv3 channels are prominently expressed in select neuronal populations, which include fast-spiking (FS) GABAergic interneurons of the neocortex, hippocampus, and caudate, as well as other high-frequency firing neurons. Although evidence points to a key role in high-frequency firing, a definitive understanding of the function of these channels has been hampered by a lack of selective pharmacological tools. We therefore generated mouse lines in which one of the Kv3 genes, Kv3.2, was disrupted by gene-targeting methods. Whole-cell electrophysiological recording showed that the ability to fire spikes at high frequencies was impaired in immunocytochemically identified FS interneurons of deep cortical layers (5-6) in which Kv3.2 proteins are normally prominent. No such impairment was found for FS neurons of superficial layers (2-4) in which Kv3.2 proteins are normally only weakly expressed. These data directly support the hypothesis that Kv3 channels are necessary for high-frequency firing. Moreover, we found that Kv3.2 −/− mice showed specific alterations in their cortical EEG patterns and an increased susceptibility to epileptic seizures consistent with an impairment of cortical inhibitory mechanisms. This implies that, rather than producing hyperexcitability of the inhibitory interneurons, Kv3.2 channel elimination suppresses their activity. These data suggest that normal cortical operations depend on the ability of inhibitory interneurons to generate high-frequency firing.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) inhibits cortical dendrites

One of the leading approaches to non-invasively treat a variety of brain disorders is transcranial magnetic stimulation (TMS). However, despite its clinical prevalence, very little is known about the action of TMS at the cellular level let alone what effect it might have at the subcellular level (e.g. dendrites). Here, we examine the effect of single-pulse TMS on dendritic activity in layer 5 pyramidal neurons of the somatosensory cortex using an optical fiber imaging approach. We find that TMS causes GABAB-mediated inhibition of sensory-evoked dendritic Ca(2+) activity. We conclude that TMS directly activates fibers within the upper cortical layers that leads to the activation of dendrite-targeting inhibitory neurons which in turn suppress dendritic Ca(2+) activity. This result implies a specificity of TMS at the dendritic level that could in principle be exploited for investigating these structures non-invasively.

POPULATION CODING IN LAMINAR CORTICAL CIRCUITS

One of the fundamental questions in neuroscience is to understand how encoding of sensory inputs is distributed across neuronal networks in cerebral cortex to influence sensory processing and behavioral performance. The fact that the structure of neuronal networks is organized according to cortical layers raises the possibility that sensory information could be processed differently in distinct layers. The goal of my thesis research is to understand how laminar circuits encode information in their population activity, how the properties of the population code adapt to changes in visual input, and how population coding influences behavioral performance. To this end, we performed a series of novel experiments to investigate how sensory information in the primary visual cortex (V1) emerges across laminar cortical circuits. First, it is commonly known that the amount of information encoded by cortical circuits depends critically on whether or not nearby neurons exhibit correlations. We examined correlated variability in V1 circuits from a laminar-specific perspective and observed that cells in the input layer, which have only local projections, encode incoming stimuli optimally by exhibiting low correlated variability. In contrast, output layers, which send projections to other cortical and subcortical areas, encode information suboptimally by exhibiting large correlations. These results argue that neuronal populations in different cortical layers play different roles in network computations. Secondly, a fundamental feature of cortical neurons is their ability to adapt to changes in incoming stimuli. Understanding how adaptation emerges across cortical layers to influence information processing is vital for understanding efficient sensory coding. We examined the effects of adaptation, on the time-scale of a visual fixation, on network synchronization across laminar circuits. Specific to the superficial layers, we observed an increase in gamma-band (30-80 Hz) synchronization after adaptation that was correlated with an improvement in neuronal orientation discrimination performance. Thus, synchronization enhances sensory coding to optimize network processing across laminar circuits. Finally, we tested the hypothesis that individual neurons and local populations synchronize their activity in real-time to communicate information about incoming stimuli, and that the degree of synchronization influences behavioral performance. These analyses assessed for the first time the relationship between changes in laminar cortical networks involved in stimulus processing and behavioral performance.

Three-dimensional distribution of cortical synapses: a replicated point pattern-based analysis

The biggest problem when analyzing the brain is that its synaptic connections are extremely complex. Generally, the billions of neurons making up the brain exchange information through two types of highly specialized structures: chemical synapses (the vast majority) and so-called gap junctions (a substrate of one class of electrical synapse). Here we are interested in exploring the three-dimensional spatial distribution of chemical synapses in the cerebral cortex. Recent research has showed that the three-dimensional spatial distribution of synapses in layer III of the neocortex can be modeled by a random sequential adsorption (RSA) point process, i.e., synapses are distributed in space almost randomly, with the only constraint that they cannot overlap. In this study we hypothesize that RSA processes can also explain the distribution of synapses in all cortical layers. We also investigate whether there are differences in both the synaptic density and spatial distribution of synapses between layers. Using combined focused ion beam milling and scanning electron microscopy (FIB/SEM), we obtained three-dimensional samples from the six layers of the rat somatosensory cortex and identified and reconstructed the synaptic junctions. A total volume of tissue of approximately 4500μm3 and around 4000 synapses from three different animals were analyzed. Different samples, layers and/or animals were aggregated and compared using RSA replicated spatial point processes. The results showed no significant differences in the synaptic distribution across the different rats used in the study. We found that RSA processes described the spatial distribution of synapses in all samples of each layer. We also found that the synaptic distribution in layers II to VI conforms to a common underlying RSA process with different densities per layer. Interestingly, the results showed that synapses in layer I had a slightly different spatial distribution from the other layers.

Fluctuations and stimulus-induced changes in blood flow observed in individual capillaries in layers 2 through 4 of rat neocortex

Cortical blood flow at the level of individual capillaries and the coupling of neuronal activity to flow in capillaries are fundamental aspects of homeostasis in the normal and the diseased brain. To probe the dynamics of blood flow at this level, we used two-photon laser scanning microscopy to image the motion of red blood cells (RBCs) in individual capillaries that lie as far as 600 μm below the pia mater of primary somatosensory cortex in rat; this depth encompassed the cortical layers with the highest density of neurons and capillaries. We observed that the flow was quite variable and exhibited temporal fluctuations around 0.1 Hz, as well as prolonged stalls and occasional reversals of direction. On average, the speed and flux (cells per unit time) of RBCs covaried linearly at low values of flux, with a linear density of ≈70 cells per mm, followed by a tendency for the speed to plateau at high values of flux. Thus, both the average velocity and density of RBCs are greater at high values of flux than at low values. Time-locked changes in flow, localized to the appropriate anatomical region of somatosensory cortex, were observed in response to stimulation of either multiple vibrissae or the hindlimb. Although we were able to detect stimulus-induced changes in the flux and speed of RBCs in some single trials, the amplitude of the stimulus-evoked changes in flow were largely masked by basal fluctuations. On average, the flux and the speed of RBCs increased transiently on stimulation, although the linear density of RBCs decreased slightly. These findings are consistent with a stimulus-induced decrease in capillary resistance to flow.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

The role of mechanistic target of rapamycin (mTOR) pathway and synaptic protein GABAA-R in cortical GABAergic cell connectivity

Quelque 30 % de la population neuronale du cortex mammalien est composée d’une population très hétérogène d’interneurones GABAergiques. Ces interneurones diffèrent quant à leur morphologie, leur expression génique, leurs propriétés électrophysiologiques et leurs cibles subcellulaires, formant une riche diversité. Après leur naissance dans les éminences ganglioniques, ces cellules migrent vers les différentes couches corticales. Les interneurones GABAergiques corticaux exprimant la parvalbumin (PV), lesquels constituent le sous-type majeur des interneurones GABAergiques, ciblent spécifiquement le soma et les dendrites proximales des neurones principaux et des neurones PV+. Ces interneurones sont nommés cellules à panier (Basket Cells –BCs) en raison de la complexité morphologique de leur axone. La maturation de la connectivité distincte des BCs PV+, caractérisée par une augmentation de la complexité de l’axone et de la densité synaptique, se déroule graduellement chez la souris juvénile. Des travaux précédents ont commencé à élucider les mécanismes contrôlant ce processus de maturation, identifiant des facteurs génétiques, l’activité neuronale ainsi que l’expérience sensorielle. Cette augmentation marquante de la complexité axonale et de la synaptogénèse durant cette phase de maturation suggère la nécessité d’une synthèse de protéines élevée. La voie de signalisation de la cible mécanistique de la rapamycine (Mechanistic Target Of Rapamycin -mTOR) a été impliquée dans le contrôle de plusieurs aspects neurodéveloppementaux en régulant la synthèse de protéines. Des mutations des régulateurs Tsc1 et Tsc2 du complexe mTOR1 causent la sclérose tubéreuse (TSC) chez l’humain. La majorité des patients TSC développent des problèmes neurologiques incluant des crises épileptiques, des retards mentaux et l’autisme. D’études récentes ont investigué le rôle de la dérégulation de la voie de signalisation de mTOR dans les neurones corticaux excitateurs. Toutefois, son rôle dans le développement des interneurones GABAergiques corticaux et la contribution spécifique de ces interneurones GABAergiques altérés dans les manifestations de la maladie demeurent largement inconnus. Ici, nous avons investigué si et comment l’ablation du gène Tsc1 perturbe le développement de la connectivité GABAergique, autant in vitro que in vivo. Pour investiguer le rôle de l’activation de mTORC1 dans le développement d’une BC unique, nous avons délété le gène Tsc1 en transfectant CRE-GFP dirigé par un promoteur spécifique aux BCs dans des cultures organotypiques provenant de souris Tsc1lox. Le knockdown in vitro de Tsc1 a causé une augmentation précoce de la densité des boutons et des embranchements terminaux formés par les BCs mutantes, augmentation renversée par le traitement à la rapamycine. Ces données suggèrent que l’hyperactivation de la voie de signalisation de mTOR affecte le rythme de la maturation des synapses des BCs. Pour investiguer le rôle de mTORC1 dans les interneurones GABAergiques in vivo, nous avons croisé les souris Tsc1lox avec les souris Nkx2.1-Cre et PV-Cre. À P18, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Tsc1flox/flox ont montré une hyperactivation de mTORC1 et une hypertrophie somatique des BCs de même qu’une augmentation de l’expression de PV dans la région périsomatique des neurones pyramidaux. Au contraire, à P45 nous avons découvert une réduction de la densité des punctas périsomatiques PV-gephyrin (un marqueur post-synaptique GABAergique). L’étude de la morphologie des BCs en cultures organotypiques provenant du knock-out conditionnel Nkx2.1-Cre a confirmé l’augmentation initiale du rythme de maturation, lequel s’effondre ensuite aux étapes développementales tardives. De plus, les souris Tg(Nkx2.1Cre);Tsc1flox/flox montrent des déficits dans la mémoire de travail et le comportement social et ce d’une façon dose-dépendante. En somme, ces résultats suggèrent que l’activation contrôlée de mTOR régule le déroulement de la maturation et la maintenance des synapses des BCs. Des dysfonctions de la neurotransmission GABAergique ont été impliquées dans des maladies telles que l’épilepsie et chez certains patients, elles sont associées avec des mutations du récepteur GABAA. De quelle façon ces mutations affectent le processus de maturation des BCs demeuret toutefois inconnu. Pour adresser cette question, nous avons utilisé la stratégie Cre-lox pour déléter le gène GABRA1, codant pour la sous-unité alpha-1 du récepteur GABAA dans une unique BC en culture organotypique. La perte de GABRA1 réduit l’étendue du champ d’innervation des BCs, suggérant que des variations dans les entrées inhibitrices en raison de l’absence de la sous-unité GABAAR α1 peuvent affecter le développement des BCs. La surexpression des sous-unités GABAAR α1 contenant des mutations identifiées chez des patients épileptiques ont montré des effets similaires en termes d’étendue du champ d’innervation des BCs. Pour approfondir, nous avons investigué les effets de ces mutations identifiées chez l’humain dans le développement des épines des neurones pyramidaux, lesquelles sont l’endroit privilégié pour la formation des synapses excitatrices. Somme toute, ces données montrent pour la première fois que différentes mutations de GABRA1 associées à des syndromes épileptiques peuvent affecter les épines dendritiques et la formation des boutons GABAergiques d’une façon mutation-spécifique.

Neuronal Ceroid-lipofuscinosis with prominent chorea and without visual manifestations: a case report

A case of neuronal ceroid-lipofuscinosis (NCL) is reported in a 11-year-old girl, whose main symptoms were progressive dementia since the age of 4 years and choreic movements since age 10. Seizures, myoclonus and visual deterioration were absent and optic fundi were normal. A cerebral biopsy disclosed two basic types of stored substance in the cytoplasm of neurons: a) severely balloned nerve cells in cortical layers HI and V contained a non-autofluorescent material, which stained with PAS and Sudan Black B in frozen, but not in paraffin sections; ultrastructurally, these neurons showed abundant corpuscles similar to the membranous cytoplasmic bodies of Tay-Sachs disease and, in smaller amounts, also zebra bodies; b) slightly distended or non-distended neurons in all layers contained lipopigment granules, which were autofluorescent, PAS-positive and sudanophil in both frozen and paraffin sections; their ultrastructure was closely comparable to that of lipofuscin. Similar bodies were found in the swollen segments of axons and in a few astrocytes and endothelial cells. The histochemical and ultrastructural demonstration of large amounts of lipopigments allows a presumptive classification of the case as NCL. However, the presence of involuntary movements, the absence of visual disturbances and the unusual ultrastructural features place the patient into a small heterogeneous group within the NCL. A better classification of such unique instances of the disease must await elucidation of the basic enzymatic defects.

Expression of hNP22 is altered in the frontal cortex and hippocampus of the alcoholic human brain

Background: Human neuronal protein (hNP22) is a gene with elevated messenger RNA expression in the prefrontal cortex of the human alcoholic brain. hNP22 has high homology with a rat protein (rNP22). These proteins also share homology with a number of cytoskeleton-interacting proteins. Methods: A rabbit polyclonal antibody to an 18-amino acid epitope was produced for use in Western and immunohistochemical analysis. Samples from the human frontal and motor cortices were used for Western blots (n = 10), whereas a different group of frontal cortex and hippocampal samples were obtained for immunohistochemistry (n = 12). Results: The hNP22 antibody detected a single protein in both rat and human brain. Western blots revealed a significant increase in hNP22 protein levels in the frontal cortex but not the motor cortex of alcoholic cases. Immunohistochemical studies confirmed the increased hNP22 protein expression in all cortical layers. This is consistent with results previously obtained using Northern analysis. Immunohistochemical analysis also revealed a significant increase of hNP22 immunoreactivity in the CA3 and CA4 but not other regions of the hippocampus. Conclusions: It is possible that this protein may play a role in the morphological or plastic changes observed after chronic alcohol exposure and withdrawal, either as a cytoskeleton-interacting protein or as a signaling molecule.

GABA receptor subunits in human auditory cortex in normal and stroke cases.

GABA receptors are ubiquitous in the cerebral cortex and play a major role in shaping responses of cortical neurons. GABAA and GABAB receptor subunit expression was visualized by immunohistochemistry in human auditory areas from both hemispheres in 9 normal subjects (aged 43-85 years; time between death and fixation 6-24 hours) and in 4 stroke patients (aged 59-87 years; time between death and fixation 7-24 hours) and analyzed qualitatively for GABAA and semiquantitatively for GABAB receptor subunits. In normal brains, the primary auditory area (TC) and the surrounding areas TB and TA displayed distinct GABAA receptor subunit labeling with differences among cortical layers and areas. In postacute and chronic stroke we found a layer-selective downregulation of the alpha-2 subunit in the anatomically intact cerebral cortex of the intact and of the lesioned hemisphere, whereas the alpha-1, alpha-3 and beta-2/3 subunits maintained normal levels of expression. The GABAB receptors had a distinct laminar pattern in auditory areas and minor differences among areas. Unlike in other pathologies, there is no modulation of the GABAB receptor expression in subacute or chronic stroke.

Distribution of the monocarboxylate transporter MCT2 in human cerebral cortex: an immunohistochemical study

The monocarboxylate transporter MCT2 belongs to a large family of membrane proteins involved in the transport of lactate, pyruvate and ketone bodies. Although its expression in rodent brain has been well documented, the presence of MCT2 in the human brain has been questioned on the basis of low mRNA abundance. In this study, the distribution of the monocarboxylate transporter MCT2 has been investigated in the cortex of normal adult human brain using an immunohistochemical approach. Widespread neuropil staining in all cortical layers was observed by light microscopy. Such a distribution was very similar in three different cortical areas investigated. At the cellular level, the expression of MCT2 could be observed in a large number of neurons, in fibers both in grey and white matter, as well as in some astrocytes, mostly localized in layer I and in the white matter. Double staining experiments combined with confocal microscopy confirmed the neuronal expression but also suggested a preferential postsynaptic localization of synaptic MCT2 expression. A few astrocytes in the grey matter appeared to exhibit MCT2 labelling but at low levels. Electron microscopy revealed strong MCT2 expression at asymmetric synapses in the postsynaptic density and also within the spine head but not in the presynaptic terminal. These data not only demonstrate neuronal MCT2 expression in human, but since a portion of it exhibits a distinct synaptic localization, it further supports a putative role for MCT2 in adjustment of energy supply to levels of activity.

The expression of GABA receptors in the human auditory cortex

Abstract : GABA, the primary inhibitory neurotransmitter, and its receptors play an important role in modulating neuronal activity in the central nervous system and are implicated in many neurological disorders. In this study, GABAA and GABAB receptor subunit expression was visualized by immunohistochemistry in human auditory areas TC (= primary auditory area), TB, and TA. Both hemispheres from nine neurologically normal subjects and from four patients with subacute or chronic stroke were included. In normal brains, GABAA receptor subunit (α1, α2, & β2/3) labeling produced neuropil staining throughout all cortical layers as well as labeling fibers and neurons in layer VI for all auditory areas. Densitometry profiles displayed differences in GABAA subunit expression between primary and non-primary areas. In contrast to the neuropil labeling of GABAA subunits, GABAB1 and GABAB2 subunit immunoreactivity was revealed on neuronal somata and proximal dendritic shafts of pyramidal and non-pyramidal neurons in layers II-III, more strongly on supra- than in infragranular layers. No differences were observed between auditory areas. In stroke cases, we observed a downregulation of the GABAA receptor α2 subunit in granular and infragranular layers, while the other GABAA and the two GABAB receptor subunits remained unchanged. Our results demonstrate a strong presence of GABAA and GABAB receptors in the human auditory cortex, suggesting a crucial role of GABA in shaping auditory responses in the primary and non-primary auditory areas. The differential laminar and area expression of GABAA subunits that we have found in the auditory areas and which is partially different from that in other cortical areas speaks in favor of a fine turning of GABA-ergic transmission in these different compartments. In contrast, GABAB expression displayed laminar, but not areal differences; its basic pattern was also very similar to that of other cortical areas, suggesting a more uniform role within the cerebral cortex. In subacute and chronic stroke, the selective GABAA α2 subunit downregulation is likely to influence postlesional plasticity and susceptibility to medication. The absence of changes in the GABAB receptors suggests different regulation than in other pathological conditions, such as epilepsy, schizophrenia or bipolar disorder, in which a downregulation has been reported. Résumé : GABA, le principal neurotransmetteur inhibiteur, et ses récepteurs jouent un rôle important en tant que modulateur de l'activité neuronale dans le système nerveux central et sont impliqués dans de nombreux désordres neurologiques. Dans cette étude, l'expression des sous-unités des récepteur GABAA et GABAB a été visualisée par immunohistochimie dans les aires auditives du cortex humains: le TC (= aire auditif primaire), le TB, et le TA. Les deux hémisphères de neuf sujets considérés normaux du point de vue neurologique et de quatre patients ayant subis un accident cérébro-vasculaire et se trouvant dans la phase subaiguë ou chronique étaient inclues. Dans les cerveaux normaux, les immunohistochimies contre les sous-unités α1, α2, & β2/3 du récepteur GABAA ont marqué le neuropil dans toutes les couches corticales ainsi que les fibres et les neurones de la couche VI dans toutes les aires auditives. Le profile densitométrique montre des différences dans l'expression des sous-unités du récepteur GABAA entre les aires primaires et non-primaires. Contrairement au marquage de neuropil par les sous-unités du recepteur GABAA, 1'immunoréactivité des sous-unités GABAB1 et GABAB2 a été révélée sur les corps cellulaires neuronaux et les dendrites proximaux des neurones pyramidaux et non-pyramidaux dans les couches II-III et est plus dense dans les couches supragranulaires que dans les couches infragranulaires. Aucune différence n'a été observée entre les aires auditives. Dans des cas lésionnels, nous avons observé une diminution de la sous-unité α2 du récepteur GABAA dans les couches granulaires et infragranulaires, alors que le marquage des autres sous-unités du récepteur GABAA et des deux sous-unités de récepteur GABAB reste inchangé. Nos résultats démontrent une présence forte des récepteurs GABAA et GABAB dans le cortex auditif humain, suggérant un rôle crucial du neurotransmetteur GABA dans la formation de la réponse auditive dans les aires auditives primaires et non-primaires. L'expression différentielle des sous-unités de GABAA entre les couches corticales et entre les aires auditives et qui est partiellement différente de celle observée dans d'autres aires corticales préconise une modulation fine de la transmission GABA-ergic en ces différents compartiments. En revanche, l'expression de GABAB a montré des différences laminaires, mais non régionales ; son motif d'expression de base est également très semblable à celui d'autres aires corticales, suggérant un rôle plus uniforme dans le cortex cérébral. Dans les phases subaiguë et chronique des accidents cérébro-vasculaires, la diminution sélective de la sous-unité α2 du recepteur GABAA est susceptible d'influencer la plasticité et la susceptibilité postlésionnelle au médicament. L'absence de changement pour les récepteurs GABAB suggère que le récepteur est régulé différemment après un accident cerebro-vasculaire par rapport à d'autres conditions pathologiques, telles que l'épilepsie, la schizophrénie ou le désordre bipolaire, dans lesquels une diminution de ces sous-unités a été rapportée.