Cell death and immunohistochemistry of p53, c-Fos and c-Jun after spermine infection into the rat striatum

Administration of polyamines into the central nervous system results in tissue damage, possibly through the excitotoxic actions of the NMDA receptor. Direct injection of 100 nmol of spermine into the rat striatum produced a lesion equivalent to approximately 50% of the striatum. Analysis of the DNA in this region revealed the distinct ladder-like pattern of degradation often associated with apoptosis. This DNA fragmentation was confirmed in vivo using terminal deoxynucleotidyl-transferase-mediated biotinylated deoxyuridine triphosphate nick end labelling (TUNEL). The morphology of the TUNEL-positive cells showed marked differences at the needle tract when compared with cells in damaged areas away from the needle tract, suggesting a differential mechanism of cell death in these two regions. The patterns of p53, c-Fos and c-Jun protein expression were determined using immunohistochemistry. The number of p53-immunoreactive cells increased up to 14 h and returned to basal levels by 24 h. c-Fos protein expression transiently increased, peaking at 8 h after injection, c-Jun exhibited a protracted pattern of expression, remaining elevated up to 24 h. p53 protein expression was colocalised with TUNEL staining in areas away from the needle tract, but not in cells at the needle tract, suggesting once again a differential mechanism of cell death. At 14 h, c-Fos and c-Jun were not colocalised with TUNEL staining, suggesting that they are either not involved with the cell death process or that the time course of protein expression and the onset of DNA fragmentation do not overlap. This work represents the first characterisation of processes associated with cell death induced by spermine in vivo.

Shape alterations in the striatum in chorea-acanthocytosis

Chorea-acanthocytosis (ChAc) is an uncommon autosomal recessive disorder due to mutations of the VPS13A gene, which encodes for the membrane protein chorein. ChAc presents with progressive limb and orobuccal chorea, but there is often a marked dysexecutive syndrome. ChAc may first present with neuropsychiatric disturbance such as obsessive-compulsive disorder (OCD), suggesting a particular role for disruption to striatal structures involved in non-motor frontostriatal loops, such as the head of the caudate nucleus. Two previous studies have suggested a marked reduction in volume in the caudate nucleus and putamen, but did not examine morphometric change. We investigated morphometric change in 13 patients with genetically or biochemically confirmed ChAc and 26 age- and gender-matched controls. Subjects underwent magnetic resonance imaging and manual segmentation of the caudate nucleus and putamen, and shape analysis using a non-parametric spherical harmonic technique. Both structures showed significant and marked reductions in volume compared with controls, with reduction greatest in the caudate nucleus. Both structures showed significant shape differences, particularly in the head of the caudate nucleus. No significant correlation was shown between duration of illness and striatal volume or shape, suggesting that much structural change may have already taken place at the time of symptom onset. Our results suggest that striatal neuron loss may occur early in the disease process, and follows a dorsal-ventral gradient that may correlate with early neuropsychiatric and cognitive presentations of the disease. (C) 2010 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Corynebacterium striatum infecting a malignant cutaneous lesion: the emergence of an opportunistic pathogen

We described a case of a 27-year old male patient with skin and soft tissue infection of a neoplastic lesion caused by Corynebacterium striatum, an organism which has been rarely described as a human pathogen. Identification was confirmed by DNA sequencing. Successful treatment with penicillin was achieved. The role of the C. striatum as an emerging opportunistic pathogen is discussed.

MULTIPLE PULMONARY NODULES CAUSED BY Corynebacterium striatum IN AN IMMUNOCOMPETENT PATIENT

Nondiphtherial corynebacteria are ubiquitous in nature and commonly colonize the skin and mucous membranes of humans, however they rarely account for clinical infection. We present the first reported case of multiple pulmonary nodules caused by Corynebacterium striatum. The infection occurred in a 72-year-old immunocompetent female, and the diagnosis was obtained by Gram's stain and culture of lung biopsy. C. striatumshould be recognized as a potential pathogen in both immunocompromised and normal hosts in the appropriate circumstances.

Task-dependent modulation of reward and novelty processing in human ventral striatum and midbrain

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2008

Auditory gating in the ventral striatum and auditory cortex : the role of stimulus-locking and the influence of discrimination learning

Magdeburg, Univ., Fak. für Naturwiss., Diss., 2014

Clonal multidrug-resistant Corynebacterium striatum within a nosocomial environment, Rio de Janeiro, Brazil

Corynebacterium striatum is a potentially pathogenic microorganism with the ability to produce outbreaks of nosocomial infections. Here, we document a nosocomial outbreak caused by multidrug-resistant (MDR) C. striatum in Rio de Janeiro, Brazil. C. striatum identification was confirmed by 16S rRNA and rpoB gene sequencing. Fifteen C. striatum strains were isolated from adults (half of whom were 50 years of age and older). C. striatum was mostly isolated in pure culture from tracheal aspirates of patients undergoing endotracheal intubation procedures. The analysis by pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) indicated the presence of four PFGE profiles, including two related clones of MDR strains (PFGE I and II). The data demonstrated the predominance of PFGE type I, comprising 11 MDR isolates that were mostly isolated from intensive care units and surgical wards. A potential causal link between death and MDR C. striatum (PFGE types I and II) infection was observed in five cases.

14.1T magnetic resonance spectroscopic evaluation of metabolic changes in the mouse striatum following transient middle cerebral artery occlusion

Magnetic resonance imaging (MRI) and spectroscopy (MRS) allow establishing theanatomical evolution and neurochemical profiles of ischemic lesions. However onlylimited MRS studies have been reported to-date in mice due to the challenges ofMRS in small organs. The aim of the current work was to study the neurochemicaland imaging sequelae of ischemic stroke in a mouse model in a horizontal bore14.1 Tesla system.ICR-CD1 mice were subjected to 30 minute transient middle cerebral artery occlusion.The extent of the lesion was determined by MRI. The neurochemical profileconsisting of the concentrations of 22 metabolites was measured longitudinallyfollowing the recovery from ischemia at 3, 8 and 24h in the striatum.Our model produced very reproducible striatal lesions which began to appear onT2-weighted images 8h after ischemia. At 24h, they were well established andtheir size correlated with lesions measured by histology. Profound changes couldbe observed in the neurochemical profiles of the core of the striatal lesions as earlyas 3h post-ischemia, in particular, we observed elevated lactate levels, decreases inthe putative neuronal marker N-acetyl-aspartate and in glutamate, and a transienttwo-fold glutamine increase, likely linked to excitotoxic release of glutamate andconversion to glutamine. With further ischemia evolution, other changes appearedat later time-points, mainly decreases of metabolites, consistent with disruption ofcellular function. It is interesting to note that glutamine tended to return to basallevels at 24h.We conclude that early changes in markers of energy metabolism, glutamate excitotoxicityand neuronal viability can be detected with high precision non-invasively inmice following stroke. Such investigations should lead to a better understanding andinsight into the sequential early changes in the brain parenchyma after ischemia,which could be used e.g. for identifying new targets for neuroprotection.

Action Dominates Valence in Anticipatory Representations in the Human Striatum and Dopaminergic Midbrain

The acquisition of reward and the avoidance of punishment could logically be contingent on either emitting or withholding particular actions. However,the separate pathways inthe striatumfor go and no-go appearto violatethis independence, instead coupling affect and effect. Respect for this interdependence has biased many studies of reward and punishment, so potential action- outcome valence interactions during anticipatory phases remain unexplored. In a functional magnetic resonance imaging study with healthy human volunteers, we manipulated subjects" requirement to emit or withhold an action independent from subsequent receipt of reward or avoidance of punishment. During anticipation, in the striatum and a lateral region within the substantia nigra/ventral tegmental area (SN/VTA), action representations dominated over valence representations. Moreover, we did not observe any representation associated with different state values through accumulation of outcomes, challenging a conventional and dominant association between these areas and state value representations. In contrast, a more medial sector of the SN/VTA responded preferentially to valence, with opposite signs depending on whether action was anticipatedto be emitted or withheld. This dominant influence of action requires an enriched notion of opponency between reward and punishment.

Selective destruction of nigrostriatal dopaminergic neurons does not alter [3H]-ryanodine binding in rat striatum

Dopamine nigrostriatal neurons are important for motor control and may contain a particularly dense population of ryanodine receptors involved in the control of dopamine release. To test this hypothesis, we used a classical model of unilateral selective lesion of these neurons in rats based on 6-hydroxydopamine (6-OHDA) injection into the substantia nigra. Binding of [3H]-GBR 12935, used as a presynaptic marker since it labels specifically the dopamine uptake complex, was dramatically decreased by 83-100% in striatum homogenates after 6-OHDA lesion. On the contrary, no reduction of [3H]-ryanodine binding was observed. The present data indicate that [3H]-ryanodine binding sites present in rat striatum are not preferentially localized in dopaminergic terminals.

Effect of one-week ethanol treatment on monoamine levels and dopaminergic receptors in rat striatum

We studied the effects of ethanol on the levels of norepinephrine, dopamine, serotonin (5-HT) and their metabolites as well as on D1- and D2-like receptors in the rat striatum. Ethanol (2 or 4 g/kg, po) was administered daily by gavage to male Wistar rats and on the 7th day, 30 min or 48 h after drug administration, the striatum was dissected for biochemical assays. Monoamine and metabolite concentrations were measured by HPLC and D1- and D2-like receptor densities were determined by binding assays. Scatchard analyses showed decreases of 30 and 43%, respectively, in D1- and D2-like receptor densities and no change in dissociation constants (Kd) 48 h after the withdrawal of the dose of 4 g/kg. Ethanol, 2 g/kg, was effective only on the density of D2-like receptors but not on Kd of either receptor. Thirty minutes after the last ethanol injection (4 g/kg), decreases of D2 receptor density (45%) as well as of Kd values (34%) were detected. However, there was no significant effect on D1-like receptor density and a 46% decrease was observed in Kd. An increase in dopamine and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC), a decrease in norepinephrine, and no alteration in 5-HT levels were demonstrated after 48-h withdrawal of 4 g/kg ethanol. Similar effects were observed in dopamine and DOPAC levels 30 min after drug administration. No alteration in norepinephrine concentration and a decrease in 5-HT levels were seen 30 min after ethanol (4 g/kg) administration. Our findings indicate the involvement of the monoaminergic system in the responses to ethanol.

Effects of chronic ethanol treatment on monoamine levels in rat hippocampus and striatum

We studied the effects of ethanol on concentrations of noradrenaline (NE), dopamine (DA) and serotonin (5-HT) and their metabolites in rat hippocampus and striatum. Ethanol (2 or 4 g/kg, po, from a 20% aqueous solution) was administered daily to male Wistar rats (4-13 per group) for 30 days and animals were sacrificed 30 min or 48 h after the last administration. Monoamines were measured by HPLC and considered significant at P < 0.05. A 47% increase in 5-HT levels was observed in the hippocampus with 4 g/kg ethanol in the 30-min protocol. Ethanol (2 and 4 g/kg) decreased DA (2114.5 ± 126.4 and 1785.1 ± 234.2 ng/g wet tissue, respectively) and 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC, 1477.6 ± 132.1 and 1218.8 ± 271.7 ng/g wet tissue, respectively) levels, while the higher dose also decreased NE (159.8 ± 13.5), 5-HT (228.0 ± 46.8) and 5-hydroxy-3-indoleacetic acid (5-HIAA, 304.4 ± 37.2 ng/g wet tissue), in the striatum after a 48-h withdrawal as compared to controls (DA: 3063.9 ± 321.3; DOPAC: 2379.6 ± 256.0; NE: 292.8 ± 50.2; 5-HT: 412.4 ± 36.2; 5-HIAA: 703.9 ± 61.4 ng/g wet tissue). In the 30-min protocol, ethanol (2 or 4 g/kg) decreased striatal NE (66 and 70%) and DA (50 and 36%) levels. On the other hand, increases were seen in 5-HIAA (146 and 153%) and 5-HT (59 and 86%) levels. Ethanol (2 g/kg, po) increased the homovanillic acid (HVA)/DA ratio (129%) in the striatum in the 30-min protocol, while at the higher dose it increased the HVA/DA ratio in the 48-h protocol (61%). These results indicate alterations in monoamines, mainly in the striatum, after chronic ethanol, which are influenced by dose and by the length of time after the last drug administration.

Influence of progesterone on GAD65 and GAD67 mRNA expression in the dorsolateral striatum and prefrontal cortex of female rats repeatedly treated with cocaine

Female rats are intensely affected by cocaine, with estrogen probably playing an important role in this effect. Progesterone modulates the GABA system and attenuates the effects of cocaine; however, there is no information about its relevance in changing GABA synthesis pathways after cocaine administration to female rats. Our objective was to investigate the influence of progesterone on the effects of repeated cocaine administration on the isoenzymes of glutamic acid decarboxylase (GAD65 and GAD67) mRNA in brain areas involved in the addiction circuitry. Ovariectomized, intact and progesterone replacement-treated female rats received saline or cocaine (30 mg/kg, ip) acutely or repeatedly. GAD isoenzyme mRNA levels were determined in the dorsolateral striatum (dSTR) and prefrontal cortex (PFC) by RT-PCR, showing that repeated, but not acute, cocaine decreased GADs/β-actin mRNA ratio in the dSTR irrespective of the hormonal condition (GAD65: P < 0.001; and GAD67: P = 0.004). In the PFC, repeated cocaine decreased GAD65 and increased GAD67 mRNA ratio (P < 0.05). Progesterone replacement decreased both GAD isoenzymes mRNA ratio after acute cocaine in the PFC (P < 0.001) and repeated cocaine treatment reversed this decrease (P < 0.001). These results suggest that cocaine does not immediately affect GAD mRNA expression, while repeated cocaine decreases both GAD65 and GAD67 mRNA in the dSTR of female rats, independently of their hormonal conditions. In the PFC, repeated cocaine increases the expression of GAD isoenzymes, which were decreased due to progesterone replacement.

Données nouvelles sur l’innervation à dopamine du striatum et son co-phénotype glutamatergique

Une sous-population des neurones à dopamine (DA) du mésencéphale ventral du rat et de la souris étant connue pour exprimer l'ARN messager du transporteur vésiculaire 2 du glutamate (VGLUT2), nous avons eu recours à l'immunocytochimie en microscopie électronique, après simple ou double marquage de l'enzyme de synthèse tyrosine hydroxylase (TH) et de VGLUT2, pour déterminer la présence de l'une et/ou l'autre protéine dans les terminaisons (varicosités) axonales de ces neurones et caractériser leur morphologie ultrastructurale dans diverses conditions expérimentales. Dans un premier temps, des rats jeunes (P15) ou adultes (P90), ainsi que des rats des deux âges soumis à l'administration intraventriculaire cérébrale de la cytotoxine 6-hydroxydopamine (6-OHDA) dans les jours suivant la naissance, ont été examinés, afin d'étayer l'hypothèse d'un rôle de VGLUT2 au sein des neurones DA, au cours du développement normal ou pathologique de ces neurones. Chez le jeune rat, ces études ont montré: i) la présence de VGLUT2 dans une fraction importante des varicosités axonales TH immunoréactives du coeur du noyau accumbens ainsi que du néostriatum; ii) une augmentation de la proportion de ces terminaisons doublement marquées dans le noyau accumbens par suite de la lésion 6-OHDA néonatale; iii) le double marquage fréquent des varicosités axonales appartenant à l'innervation DA aberrante (néoinnervation), qui se développe dans la substance noire, par suite de la lésion 6-OHDA néonatale. Des différences significatives ont aussi été notées quant à la dimension des terminaisons axonales marquées pour la TH seulement, VGLUT2 seulement ou TH et VGLUT2. Enfin, à cet âge (P15), toutes les terminaisons doublement marquées sont apparues dotées d'une spécialisation membranaire synaptique, contrairement aux terminaisons marquées pour la TH ou pour VGLUT2 seulement. Dans un deuxième temps, nous avons voulu déterminer le devenir du double phénotype chez le rat adulte (P90) soumis ou non à la lésion 6-OHDA néonatale. Contrairement aux observations recueillies chez le jeune rat, nous avons alors constaté: i) l'absence complète de terminaisons doublement marquées dans le coeur du noyau accumbens et le néostriatum d'animaux intacts, de même que dans les restes de la substance noire des animaux 6-OHDA lésés; ii) une très forte baisse de leurnombre dans le coeur du noyau accumbens des animaux 6-OHDA lésés. Ces observations, suggérant une régression du double phénotype TH/VGLUT2 avec l'âge, sont venues renforcer l'hypothèse d'un rôle particulier d'une co-libération de glutamate par les neurones mésencéphaliques DA au cours du développement. Dans ces conditions, il est apparu des plus intéressants d'examiner l'innervation DA méso-striatale chez deux lignées de souris dont le gène Vglut2 avait été sélectivement invalidé dans les neurones DA du cerveau, ainsi que leurs témoins et des souris sauvages. D'autant que malgré l'utilisation croissante de la souris en neurobiologie, cette innervation DA n'avait jamais fait l'objet d’une caractérisation systématique en microscopie électronique. En raison de possibles différences entre le coeur et la coque du noyau accumbens, l'étude a donc porté sur les deux parties de ce noyau ainsi que le néostriatum et des souris jeunes (P15) et adultes (P70-90) de chaque lignée, préparées pour l'immunocytochimie de la TH, mais aussi pour le double marquage TH et VGLUT2, selon le protocole précédemment utilisé chez le rat. Les résultats ont surpris. Aux deux âges et quel que soit le génotype, les terminaisons axonales TH immunoréactives des trois régions sont apparues comparables quant à leur taille, leur contenu vésiculaire, le pourcentage contenant une mitochondrie et une très faible incidence synaptique (5% des varicosités, en moyenne). Ainsi, chez la souris, la régression du double phénotype pourrait être encore plus précoce que chez le rat, à moins que les deux protéines ne soient très tôt ségréguées dans des varicosités axonales distinctes des mêmes neurones DA. Ces données renforcent aussi l’hypothèse d’une transmission diffuse (volumique) et d’un niveau ambiant de DA comme élément déterminant du fonctionnement du système mésostriatal DA chez la souris comme chez le rat.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.