Transmission des voies olfactives aux cellules réticulospinales de la lamproie

Les informations olfactives sont connues pour leur capacité à induire des comportements moteurs spécifiques. En dépit de nombreuses observations comportementales chez les vertébrés, on ne connaît toujours pas les mécanismes et les voies nerveuses qui sous-tendent ces phénomènes de transformation olfacto-locomotrices. Chez la lamproie, des travaux récents ont permis de décrire cette voie, et les mécanismes responsables de la transformation des entrées olfactives en activité locomotrice (Derjean et al., 2010). Cette voie prend origine dans la partie médiane du bulbe olfactif, et envoie des projections vers le tubercule postérieur, une région qui se trouve dans le diencéphale. De là, les neurones projettent directement vers la Région Locomotrice Mésencéphalique, connue pour envoyer des connexions vers les neurones réticulospinaux, et activer la locomotion. L’objectif de cette étude était d’établir si l’ensemble des neurones réticulospinaux répond aux stimulations olfactives. Pour ce faire, nous avons utilisé sur une préparation de cerveau isolé de lamproie des techniques d’électrophysiologie et d’imagerie calcique. La stimulation électrique des nerfs olfactifs, de la région médiane du bulbe olfactif ou du tubercule postérieur a provoqué une activation de toutes les cellules réticulospinales qui se retrouvent dans les quatre noyaux réticulaires (ARRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Antérieur; MRN : Noyau Réticulaire Mésencéphalique; MRRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Moyen; PRRN : Noyau Réticulaire Rhombencéphalique Postérieur). Seule la partie médiane du bulbe olfactif est impliquée dans le passage de l’information olfactive vers les neurones réticulospinaux. Nous avons aussi découvert que le blocage des récepteurs GABAergiques dans la partie médiane du bulbe olfactif augmentait les réponses olfactives de façon considérable dans les cellules réticulospinales. Nous avons montré ainsi qu’il existe un tonus inhibiteur impliqué dans la dépression modulatrice de la voie olfacto-locomotrice. Ce travail a permis de montrer que la stimulation des afférences sensorielles olfactives active simultanément l’ensemble des populations de neurones réticulospinaux qui commandent la locomotion. De plus, il existerait un tonus inhibiteur GABAergique, au niveau de la partie médiane du bulbe olfactif, responsable d’une dépression modulatrice dans la voie olfacto-locomotrice.

Projections anatomiques des bulbes olfactifs chez la lamproie

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Organisation et modulation du réseau neuronal de la respiration chez la lamproie.

Les mécanismes neuronaux contrôlant la respiration sont présentement explorés à l’aide de plusieurs modèles animaux incluant le rat et la grenouille. Nous avons utilisé la lamproie comme modèle animal nous permettant de caractériser les réseaux de neurones du tronc cérébral qui génèrent et modulent le rythme respiratoire. Nous avons d’abord caractérisé une nouvelle population de neurones, dans le groupe respiratoire paratrigéminal (pTRG), une région du tronc cérébral essentielle à la genèse du rythme respiratoire chez la lamproie. Les neurones de cette région sont actifs en phase avec le rythme respiratoire. Nous avons montré que ces neurones possèdent une arborisation axonale complexe, incluant des projections bilatérales vers les groupes de motoneurones du tronc cérébral qui activent les branchies ainsi que des connexions reliant les pTRG de chaque côté du tronc cérébral. Ces résultats montrent que le pTRG contient un groupe de cellules qui active les motoneurones respiratoires des deux côtés et qui pourrait être impliqué dans la synchronisation bilatérale du rythme respiratoire. Nous avons ensuite étudié les mécanismes neuronaux par lesquels le rythme respiratoire est augmenté en lien avec l’effort physique. Nous avons montré que la région locomotrice du mésencéphale (MLR), en plus de son rôle dans la locomotion, active les centres respiratoires pendant la nage, et même en anticipation. Les neurones de la MLR projetant vers les centres locomoteurs et respiratoires sont ségrégés anatomiquement, les neurones localisés plus dorsalement étant ceux qui possèdent des projections vers les centres respiratoires. Nous avons aboli la contribution de la partie dorsale de la MLR aux changements respiratoires en injectant des bloqueurs des récepteurs glutamatergiques localement, sur des préparations semi-intactes. Nous avons montré que lors d’épisodes de nage, une majeure partie de l’effet respiratoire est abolie par ces injections, suggérant un rôle prépondérant des neurones de cette région dans l’augmentation respiratoire pendant la locomotion. Nos résultats confirment que le rythme respiratoire est généré par une région rostrolatérale du pons de la lamproie et montrent que des connexions des centres locomoteurs arrivent directement à cette région et pourraient être impliquées dans l’augmentation respiratoire reliée à l’effort physique.

Étude comparative des projections des neurones dopaminergiques chez deux espèces animales.

Une des voies les plus étudiées dans le contrôle locomoteur est la voie dopaminergique ascendante, vu son importance dans les maladies qui touchent la locomotion, comme la maladie du Parkinson. La substance noire pars compacta (A9; SNc) et l’aire tegmentaire ventrale (A10; VTA) envoient des projections dopaminergiques (DA+) vers les ganglions de la base (GB) qui à leur tour projettent vers la région locomotrice mésencéphalique (RLM), une région de tronc cérébral qui contrôle la locomotion chez les vertébrés. Des terminaisons DA+ au niveau de la RLM ont récemment été découvertes chez le singe. Donc, il semblait intéressant de savoir d’où provenaient ces projections DA+ et si elles étaient maintenues de manière équivalente dans l’évolution des espèces animales. Nous nous sommes donc penchés sur deux espèces animales en particulier, la lamproie et le triton. Dans ce travail, nous avons observé une voie DA+ descendante du tubercule postérieur (PT; homologue à la substance noire pars compacta et à l’aire tegmentaire ventrale chez les mammifères) directement vers la RLM, sans passer par l’intermédiaire des GB. Cette voie DA+ descendante a été observée autant chez la lamproie que chez le triton, à la suite d’injections de marqueurs rétrogrades et de détection immunohistochimique de la tyrosine hydroxylase (TH) ou de la dopamine (DA). La voie DA+ descendante semble donc conservée au cours de l’évolution des espèces vertébrés, bien que l’importance relative de la voie ascendante DA+ semble augmenter au cours de l’évolution.

Locomotor activation by theacrine, a purine alkaloid structurally similar to caffeine : involvement of adenosine and dopamine receptors

Purine compounds, such as caffeine, have many health-promoting properties and have proven to be beneficial in treating a number of different conditions. Theacrine, a purine alkaloid structurally similar to caffeine and abundantly present in Camellia kucha, has recently become of interest as a potential therapeutic compound. In the present study, theacrine was tested using a rodent behavioral model to investigate the effects of the drug on locomotor activity. Long Evans rats were injected with theacrine (24 or 48 mg/kg, i.p.) and activity levels were measured. Results showed that the highest dose of theacrine (48 mg/kg, i.p.) significantly increased locomotor activity compared to control animals and activity remained elevated throughout the duration of the session. To test for the involvement of adenosine receptors underlying theacrine's motor-activating properties, rats were administered a cocktail of the adenosine A₁ agonist, N⁶-cyclopentyladenosine (CPA; 0.1 mg/kg, i.p.) and A(2A) receptor agonist 2-p-(2-carboxyethyl)phenethylamino-5'-N-ethylcarboxamidoadenosine (CGS-21680; 0.2 mg/kg, i.p.). Pre-treatment with theacrine significantly attenuated the motor depression induced by the adenosine receptor agonists, indicating that theacrine is likely acting as an adenosine receptor antagonist. Next, we examined the role of DA D₁ and D₂ receptor antagonism on theacrine-induced hyperlocomotion. Both antagonists, D₁R SCH23390 (0.1 or 0.05 mg/kg, i.p.) and D₂R eticlopride (0.1 mg/kg, i.p.), significantly reduced theacrine-stimulated activity indicating that this behavioral response, at least in part, is mediated by DA receptors. In order to investigate the brain region where theacrine may be acting, the drug (10 or 20 μg) was infused bilaterally into nucleus accumbens (NAc). Theacrine enhanced activity levels in a dose-dependent manner, implicating a role of the NAc in modulating theacrine's effects on locomotion. In addition, theacrine did not induce locomotor sensitization or tolerance after chronic exposure. Taken together, these findings demonstrate that theacrine significantly enhances activity; an effect which is mediated by both the adenosinergic and dopaminergic systems.

Developmental differences in locomotor responsiveness to amphetamine in rats

The developmental remodelling of motivational systems that underlie drug dependence and addiction may account for the greater frequency and severity of drug abuse in adolescence compared to adulthood. Recent advances in animal models have begun to identify the morphological and the molecular factors that are being remodelled, but little is known about the culmination of these factors in altered sensitivity to psycho stimulant drugs, like amphetamine, in adolescence. Amphetamine induces potent locomotor activating effects in rodents through increased dopamine release in the mesocorticolimbic dopamine system, which makes locomotor activity a useful behavioural marker of age differences in amphetamine sensitivity. The aim of the thesis was to investigate the neural basis for age differences in amphetamine sensitivity with a focus on the nucleus accumbens and the medial prefrontal cortex, which initiate and regulate amphetamine-induced locomotor activity, respectively. In study 1, I found pre- and post- pubertal adolescent rats to be less active (i.e., hypoactive) than adults to a first injection of 0.5, but not of 1.5, mg/kg of intraperitonealy (i.p.) administered amphetamine. Although initially hypoactive, only adolescent rats exhibited an increase in activity to a second injection of amphetamine given 24 h later, indicating that adolescents may be more sensitive to the rapid changes in amphetamineinduced plasticity than adults. Given that the locomotor activating effects of amphetamine are initiated in the nucleus accumbens, age differences in response to direct injections of amphetamine into this brain region were investigated in study 2. In contrast to i.p. injections, adolescents were more active than adults when amphetamine was given directly into the nucleus accumbens, indicating that hypo activity may be attributed to the development of regulatory regions outside of the accumbens. The medial prefrontal cortex (mPFC) is a key regulator of the locomotor activating effects of amphetamine that undergoes extensive remodelling in adolescence. In study 3, I found that an i.p. injection of 1.5, and not of 0.5, mg/kg of amphetamine resulted in a high expression of c-fos, a marker of neural activation, in the pre limbic mPFC only in pre-pubertal adolescent rats. This finding suggests that the ability of adolescent rats to overcome hypo activity at the 1.5 mg/kg dose may involve greater activation of the prelimbic mPFC compared to adulthood. In support of this hypothesis, I found that pharmacological inhibition of prelimbic D 1 dopamine receptors disrupted the locomotor activating effects of the 1.5 mg/kg dose of amphetamine to a greater extent in adolescent than in adult rats. In addition, the stimulation of prelimbic D 1 dopamine receptors potentiated locomotor activity at the 0.5 mg/kg dose of amphetamine only in adolescent rats, indicating that the prelimbic D1 dopamine receptors are involved in overcoming locomotor hypoactivity during adolescence. Given my finding that the locomotor activating effects of amphetamine rely on slightly different mechanisms in adolescence than in adulthood, study 4 was designed to determine whether the lasting consequences of drug use would also differ with age. A short period of pre-treatment with 0.5 mg/kg of amphetamine in adolescence, but not in adulthood, resulted in heightened sensitivity to an injection of amphetamine given 30 days after the start of the procedure, when adolescent rats had reached adulthood. The finding of an age-specific increase in amphetamine sensitivity is consistent with evidence for increased risk for addiction when drug use is initiated in adolescence compared to adulthood in people (Merline et aI., 2002), and with the hypothesis that adolescence is a sensitive period of development.

Leptin modulation of locomotor and emotional behaviors : the role of STAT3 signaling in dopamine neurons

La leptine circule en proportion de la masse graisseuse du corps et la transduction de son signal à travers la forme longue de son récepteur via un certain nombre de voies neurales , y compris MAPK, PI3-K ,AMPK et JAK2 - STAT3 . Il faut noter que STAT3 constitue une voie clée au récepteur de la leptine par laquelle la leptine module l'expression des gènes impliqués dans la régulation du bilan énergétique. La plupart des recherches ont porté sur la fonction du récepteur de la leptine au sein de l' hypothalamus, en particulier la fonction du récepteur de la leptine dans le noyau arqué. Toutefois, les récepteurs de la leptine sont également exprimés sur les neurones dopaminergiques de l'aire tégmentale ventrale et la leptine agit sur cette région du cerveau pour influencer la prise alimentaire, la motivation, la locomotion, l'anxiété et la transmission de la dopamine. De plus, la leptine active la STAT3 dans les dopaminergiques et GABAergiques populations neuronales. Bien que ces résultats contribuent à notre compréhension des multiples actions de la leptine dans le système nerveux central, il reste à résoudre les cellules et la signalisation du récepteur de la leptine qui sont responsables des effets neurocomportementaux de la leptine dans le mésencéphale. Visant à déterminer la contribution de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques du mésencéphale, nous avons généré une lignée de souris knockout conditionnel dans lequel l'activation du gène de STAT3 sur son résidu tyrosine 705 ( Tyr 705 ) est absent spécifiquement dans les neurones dopaminergiques. Avec l'utilisation de ce modèle de souris génétique, nous avons évalué l'impact de l'ablation de la signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques sur un certain nombre de fonctions liées à la dopamine, y compris l'alimentation, la locomotion, les comportements liés à la récompense, l'émotion et la libération de dopamine dans le noyau accumbens. Fait intéressant, nous avons observé un dimorphisme sexuel dans le phénotype des souris STAT3DAT-KO. L'activation de la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable de l'action de la leptine dans la réduction de la locomotion, récompense liée à l'activité physique, et de l'augmentation de la libération et de la disponibilité de la dopamine chez les souris mâles. Cependant, il ne module pas le comportement émotionnel. D'autre part, les souris femelles STAT3DAT-KO augmentent les niveaux d'anxiété et les niveaux plasmatiques de corticostérone, sans provoquer de changements de la dépression. Cependant, la perte d'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques ne module pas le comportement locomoteur chez les souris femelles. Notamment, les actions de la leptine dans le mésencéphale pour influencer le comportement alimentaire ne sont pas médiées par l'activation de STAT3 dans les neurones dopaminergiques, considérant que les souris mâles et femelles ont un comportement alimentaire normal. Nos résultats démontrent que la voie de signalisation STAT3 dans les neurones dopaminergiques est responsable des effets anxiolytiques de la leptine, et soutient l'hypothèse que la leptine communique l'état d'énergie du corps (i.e. la relation entre la dépense et les apports énergétiques) pour les régions mésolimbiques pour atténuer les effets de motivation et de récompense de plusieurs comportements qui servent à réhabiliter ou à épuiser les réserves d'énergie. En outre, ce travail souligne l'importance d'étudier la modulation de la signalisation de la leptine dans différente types de cellules, afin d'identifier les voies de signalisation et les mécanismes cellulaires impliqués dans les différentes fonctions neuro-comportementales de la leptine.

Degenerative joint disease in cattle and buffaloes in the Amazon region: a retrospective study

Foi realizado um estudo retrospectivo sobre os aspectos epidemiológicos e clínico-patológicos em bovinos e búfalos com doença articular degenerativa (DAD) no estado do Pará, Brasil. Durante os anos de 1999 a 2014 foram avaliados 11 bovinos e 24 bubalinos. Todos os animais atendidos com suspeita clínica de DAD foram submetidos a exame clínico do sistema locomotor. Foram necropsiados sete bovinos e oito bubalinos com sinais clínicos da enfermidade. Os sinais clínicos comuns observados em ambas as espécies foram claudicação crônica, andar rígido, alterações posturais, crepitações audíveis no membro acometido, decúbito prolongado, dificuldade para levantar, e emagrecimento progressivo. As lesões articulares evidenciadas na necropsia consistiram em irregularidade da superfície articular, presença de erosão na cartilagem articular e no tecido ósseo subjacente, proliferação de tecido ósseo periarticular com formação de osteófitos. Tanto nos bovinos como nos bubalinos as articulações mais acometidas foram as dos membros posteriores. Nos bubalinos, possivelmente o principal fator predisponente ao surgimento de DAD foi à deficiência de fósforo, ao contrário dos bovinos, nos quais os defeitos de conformação anatômica dos membros posteriores, traumas crônicos em virtude da atividade exercida, como a coleta de sêmen e a idade avançada, foram o que, possivelmente, contribuíram para surgimento da enfermidade.

Degenerative joint disease in cattle and buffaloes in the Amazon region: a retrospective study

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Glucocorticoids have state-dependent stimulant effects on the mesencephalic dopaminergic transmission.

An increase in the activity of mesencephalic dopaminergic neurons has been implicated in the appearance of pathological behaviors such as psychosis and drug abuse. Several observations suggest that glucocorticoids might contribute to such an increase in dopaminergic activity. The present experiments therefore analyzed the effects of corticosterone, the major glucocorticoid in the rat, both on dopamine release in the nucleus accumbens of freely moving animals by means of microdialysis, and on locomotor activity, a behavior dependent on accumbens dopamine. Given that glucocorticoids have certain state-dependent neuronal effects, their action on dopamine was studied in situations differing in dopaminergic tonus, including during the light and dark phases of the circadian cycle, during eating, and in groups of animals differing in their locomotor reactivity to novelty. Dopaminergic activity is increased in the dark period, further increased during food-intake, and is higher in rats defined as high responders to novelty than in low responders. Corticosterone, peripherally administered in a dose that approximates stress-induced plasma concentrations, increased extracellular concentrations of dopamine, and this increase was augmented in the dark phase, during eating, and in high responder rats. Corticosterone had little or no effects in the light phase and in low responder rats. Corticosterone also stimulated locomotor activity, an effect that paralleled the release of dopamine and was abolished by neurochemical (6-hydroxydopamine) depletion of accumbens dopamine. In conclusion, glucocorticoids have state-dependent stimulant effects on mesencephalic dopaminergic transmission, and an interaction between these two factors might be involved in the appearance of behavioral disturbances.

Weather variability, tides, and Barmah Forest Virus Disease in the Gladstone region, Australia

In this study we examined the impact of weather variability and tides on the transmission of Barmah Forest virus (BFV) disease and developed a weather-based forecasting model for BFV disease in the Gladstone region, Australia. We used seasonal autoregressive integrated moving-average (SARIMA) models to determine the contribution of weather variables to BFV transmission after the time-series data of response and explanatory variables were made stationary through seasonal differencing. We obtained data on the monthly counts of BFV cases, weather variables (e.g., mean minimum and maximum temperature, total rainfall, and mean relative humidity), high and low tides, and the population size in the Gladstone region between January 1992 and December 2001 from the Queensland Department of Health, Australian Bureau of Meteorology, Queensland Department of Transport, and Australian Bureau of Statistics, respectively. The SARIMA model shows that the 5-month moving average of minimum temperature (β = 0.15, p-value < 0.001) was statistically significantly and positively associated with BFV disease, whereas high tide in the current month (β = −1.03, p-value = 0.04) was statistically significantly and inversely associated with it. However, no significant association was found for other variables. These results may be applied to forecast the occurrence of BFV disease and to use public health resources in BFV control and prevention.