Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1.

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Bases moléculaires et cellulaires d’un trouble neurodéveloppemental causé par l’haploinsuffisance de SYNGAP1

La déficience intellectuelle est la cause d’handicap la plus fréquente chez l’enfant. De nombreuses évidences convergent vers l’idée selon laquelle des altérations dans les gènes synaptiques puissent expliquer une fraction significative des affections neurodéveloppementales telles que la déficience intellectuelle ou encore l’autisme. Jusqu’à récemment, la majorité des mutations associées à la déficience intellectuelle a été liée au chromosome X ou à la transmission autosomique récessive. D’un autre côté, plusieurs études récentes suggèrent que des mutations de novo dans des gènes à transmission autosomique dominante, requis dans les processus de la plasticité synaptique peuvent être à la source d’une importante fraction des cas de déficience intellectuelle non syndromique. Par des techniques permettant la capture de l’exome et le séquençage de l’ADN génomique, notre laboratoire a précédemment reporté les premières mutations pathogéniques dans le gène à transmission autosomique dominante SYNGAP1. Ces dernières ont été associées à des troubles comportementaux tels que la déficience intellectuelle, l’inattention, des problèmes d’humeur, d’impulsivité et d’agressions physiques. D’autres patients sont diagnostiqués avec des troubles autistiques et/ou des formes particulières d’épilepsie généralisée. Chez la souris, le knock-out constitutif de Syngap1 (souris Syngap1+/-) résulte en des déficits comme l’hyperactivité locomotrice, une réduction du comportement associée à l’anxiété, une augmentation du réflexe de sursaut, une propension à l’isolation, des problèmes dans le conditionnement à la peur, des troubles dans les mémoires de travail, de référence et social. Ainsi, la souris Syngap1+/- représente un modèle approprié pour l’étude des effets délétères causés par l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur le développement de circuits neuronaux. D’autre part, il est de première importance de statuer si les mutations humaines aboutissent à l’haploinsuffisance de la protéine. SYNGAP1 encode pour une protéine à activité GTPase pour Ras. Son haploinsuffisance entraîne l’augmentation des niveaux d’activité de Ras, de phosphorylation de ERK, cause une morphogenèse anormale des épines dendritiques et un excès dans la concentration des récepteurs AMPA à la membrane postsynaptique des neurones excitateurs. Plusieurs études suggèrent que l’augmentation précoce de l’insertion des récepteurs AMPA au sein des synapses glutamatergiques contribue à certains phénotypes observés chez la souris Syngap1+/-. En revanche, les conséquences de l’haploinsuffisance de SYNGAP1 sur les circuits neuronaux GABAergiques restent inconnues. Les enjeux de mon projet de PhD sont: 1) d’identifier l’impact de mutations humaines dans la fonction de SYNGAP1; 2) de déterminer si SYNGAP1 contribue au développement et à la fonction des circuits GABAergiques; 3) de révéler comment l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux circuits GABAergiques affecte le comportement et la cognition. Nous avons publié les premières mutations humaines de type faux-sens dans le gène SYNGAP1 (c.1084T>C [p.W362R]; c.1685C>T [p.P562L]) ainsi que deux nouvelles mutations tronquantes (c.2212_2213del [p.S738X]; c.283dupC [p.H95PfsX5]). Ces dernières sont toutes de novo à l’exception de c.283dupC, héritée d’un père mosaïque pour la même mutation. Dans cette étude, nous avons confirmé que les patients pourvus de mutations dans SYNGAP1 présentent, entre autre, des phénotypes associés à des troubles comportementaux relatifs à la déficience intellectuelle. En culture organotypique, la transfection biolistique de l’ADNc de Syngap1 wild-type dans des cellules pyramidales corticales réduit significativement les niveaux de pERK, en fonction de l’activité neuronale. Au contraire les constructions plasmidiques exprimant les mutations W362R, P562L, ou celle précédemment répertoriée R579X, n’engendre aucun effet significatif sur les niveaux de pERK. Ces résultats suggèrent que ces mutations faux-sens et tronquante résultent en la perte de la fonction de SYNGAP1 ayant fort probablement pour conséquences d’affecter la régulation du développement cérébral. Plusieurs études publiées suggèrent que les déficits cognitifs associés à l’haploinsuffisance de SYNGAP1 peuvent émerger d’altérations dans le développement des neurones excitateurs glutamatergiques. Toutefois, si, et auquel cas, de quelle manière ces mutations affectent le développement des interneurones GABAergiques résultant en un déséquilibre entre l’excitation et l’inhibition et aux déficits cognitifs restent sujet de controverses. Par conséquent, nous avons examiné la contribution de Syngap1 dans le développement des circuits GABAergiques. A cette fin, nous avons généré une souris mutante knockout conditionnelle dans laquelle un allèle de Syngap1 est spécifiquement excisé dans les interneurones GABAergiques issus de l’éminence ganglionnaire médiale (souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+). En culture organotypique, nous avons démontré que la réduction de Syngap1 restreinte aux interneurones inhibiteurs résulte en des altérations au niveau de leur arborisation axonale et dans leur densité synaptique. De plus, réalisés sur des coupes de cerveau de souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+, les enregistrements des courants inhibiteurs postsynaptiques miniatures (mIPSC) ou encore de ceux évoqués au moyen de l’optogénétique (oIPSC) dévoilent une réduction significative de la neurotransmission inhibitrice corticale. Enfin, nous avons comparé les performances de souris jeunes adultes Syngap1+/-, Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ à celles de leurs congénères contrôles dans une batterie de tests comportementaux. À l’inverse des souris Syngap1+/-, les souris Tg(Nkx2.1-Cre);Syngap1flox/+ ne présentent pas d’hyperactivité locomotrice, ni de comportement associé à l’anxiété. Cependant, elles démontrent des déficits similaires dans la mémoire de travail et de reconnaissance sociale, suggérant que l’haploinsuffisance de Syngap1 restreinte aux interneurones GABAergiques dérivés de l’éminence ganglionnaire médiale récapitule en partie certains des phénotypes cognitifs observés chez la souris Syngap1+/-. Mes travaux de PhD établissent pour la première fois que les mutations humaines dans le gène SYNGAP1 associés à la déficience intellectuelle causent la perte de fonction de la protéine. Mes études dévoilent, également pour la première fois, l’influence significative de ce gène dans la régulation du développement et de la fonction des interneurones. D’admettre l’atteinte des cellules GABAergiques illustre plus réalistement la complexité de la déficience intellectuelle non syndromique causée par l’haploinsuffisance de SYNGAP1. Ainsi, seule une compréhension raffinée de cette condition neurodéveloppementale pourra mener à une approche thérapeutique adéquate.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans le développement des synapses GABAergiques périsomatiques et dans la plasticité corticale : rôle de l’activité neuronale et de proBDNF/p75NTR

Dans le cortex visuel des mammifères, une cellule à panier (BC) qui représente un sous-type majoritaire d’interneurones GABAergiques, innerve une centaine de neurones par une multitude de synapses localisées sur le soma et sur les dendrites proximales de chacune de ses cibles. De plus, ces cellules sont importantes pour la génération des rythmes gammas, qui régulent de nombreuses fonctions cognitives, et pour la régulation de la plasticité corticale. Bien que la fonction des BC au sein des réseaux corticaux est à l'étude, les mécanismes qui contrôlent le développement de leur arborisation complexe ainsi que de leurs nombreux contacts synaptiques n’ont pas été entièrement déterminés. En utilisant les récepteurs allatostatines couplés aux protéines G de la drosophile (AlstR), nous démontrons in vitro que la réduction de l'excitation ainsi que la réduction de la libération des neurotransmetteurs par les BCs corticales individuelles des souris, diminuent le nombre de cellules innervées sans modifier le patron d'innervation périsomatique, durant et après la phase de prolifération des synapses périsomatiques. Inversement, lors de la suppression complète de la libération des neurotransmetteurs par les BCs individuelles avec l’utilisation de la chaîne légère de la toxine tétanus, nous observons des effets contraires selon le stade de développement. Les BCs exprimant TeNT-Lc pendant la phase de prolifération sont caractérisées par des arborisations axonales plus denses et un nombre accru de petits boutons homogènes autour des somas innervés. Toutefois, les cellules transfectées avec TeNT-Lc après la phase de la prolifération forment une innervation périsomatique avec moins de branchements terminaux d’axones et un nombre réduit de boutons avec une taille irrégulière autour des somas innervés. Nos résultats révèlent le rôle spécifique des niveaux de l’activité neuronale et de la neurotransmission dans l'établissement du territoire synaptique des cellules GABAergiques corticaux. Le facteur neurotrophique dérivé du cerveau (BDNF) est un modulateur puissant de la maturation activité-dépendante des synapses GABAergiques. Grâce à l'activation et à la signalisation de son récepteur tyrosine kinase B (TrkB), la liaison de mBDNF module fortement la prolifération des synapses périsomatiques GABAergiques formés par les BCs. Par contre, le rôle du récepteur neurotrophique de faible affinité, p75NTR, dans le développement du territoire synaptique des cellules reste encore inconnu. Dans ce projet, nous démontrons que la suppression de p75NTR au niveau des BCs individuelles in vitro provenant de souris p75NTRlox induit la formation d'une innervation périsomatique exubérante. BDNF est synthétisé sous une forme précurseur, proBDNF, qui est par la suite clivée par des enzymes, y compris la plasmine activée par tPA, pour produire une forme mature de BDNF (m)BDNF. mBDNF et proBDNF se lient avec une forte affinité à TrkB et p75NTR, respectivement. Nos résultats démontrent qu’un traitement des cultures organotypiques avec la forme résistante au clivage de proBDNF (mut-proBDNF) réduit fortement le territoire synaptique des BCs. Les cultures traitées avec le peptide PPACK, qui inactive tPA, ou avec tPA altèrent et favorisent respectivement la maturation de l’innervation synaptique des BCs. Nous démontrons aussi que l’innervation exubérante formée par les BCs p75NTR-/- n’est pas affectée par un traitement avec mut-proBDNF. L’ensemble de ces résultats suggère que l'activation de p75NTR via proBDNF régule négativement le territoire synaptique des BCs corticaux. Nous avons ensuite examiné si mut-proBDNF affecte l’innervation périsomatique formée par les BCs in vivo, chez la souris adulte. Nous avons constaté que les boutons GABAergiques périsomatiques sont significativement diminués dans le cortex infusé avec mut-proBDNF par rapport à l’hémisphère non-infusé ou traité avec de la saline. En outre, la plasticité de la dominance oculaire (OD) est rétablie par ce traitement chez la souris adulte. Enfin, en utilisant des souris qui ne possèdent pas le récepteur p75NTR dans leurs BCs spécifiquement, nous avons démontré que l'activation de p75NTR via proBDNF est nécessaire pour induire la plasticité de la OD chez les souris adultes. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle critique de l'activation de p75NTR dans la régulation et le maintien de la connectivité des circuits GABAergiques, qui commencent lors du développement postnatal précoce jusqu’à l'âge adulte. De plus, nous suggérons que l'activation contrôlée de p75NTR pourrait être un outil utile pour restaurer la plasticité dans le cortex adulte.

GDNF family receptors in peripheral target innervation and hormone production

Glial cell line-derived neurotrophic factor (GDNF) family ligands: GDNF, neurturin, persephin and artemin, signal through a receptor tyrosine kinase Ret by binding first to a co-receptor (GFRα1-4) that is attached to the plasma membrane. The GDNF family factors can support the survival of various peripheral and central neuronal populations and have important functions also outside the nervous system, especially in kidney development. Activating mutations in the RET gene cause tumours in neuroendocrine cells, whereas inactivating mutations in RET are found in patients with Hirschsprung s disease (HSCR) characterized by loss of ganglionic cells along the intestine. The aim of this study was to examine the in vivo functions of neurturin receptor GFRα2 and persephin receptor GFRα4 using knockout (KO) mice. Mice lacking GFRα2 grow poorly after weaning and have deficits in parasympathetic and enteric innervation. This study shows that impaired secretion of the salivary glands and exocrine pancreas contribute to growth retardation in GFRα2-KO mice. These mice have a reduced number of intrapancreatic neurons and decreased cholinergic innervation of the exocrine pancreas as well as reduced excitatory fibres in the myenteric plexus of the small intestine. This study also demonstrates that GFRα2-mediated Ret signalling is required for target innervation and maintenance of soma size of sympathetic cholinergic neurons and sensory nociceptive IB4-binding neurons. Furthermore, lack of GFRα2 in mice results in deficient perception of temperatures above and below thermoneutrality and in attenuated inflammatory pain response. GFRα4 is co-expressed with Ret predominantly in calcitonin-producing thyroid C-cells in the mouse. In this study GFRα4-deficient mice were generated. The mice show no gross developmental deficits and have a normal number of C-cells. However, young but not adult mice lacking GFRα4 have a lower production of calcitonin in thyroid tissue and consequently, an increased bone formation rate. Thus, GFRα4/Ret signalling may regulate calcitonin production. In conclusion, this study reveals that GFRα2/Ret signalling is crucial for the development and function of specific components of the peripheral nervous system and that GFRα4-mediated Ret signalling is required for controlling transmitter synthesis in thyroid C-cells.

Cysteine proteinase-1 and cut protein isoform control dendritic innervation of two distinct sensory fields by a single neuron.

Dendrites often exhibit structural changes in response to local inputs. Although mechanisms that pattern and maintain dendritic arbors are becoming clearer, processes regulating regrowth, during context-dependent plasticity or after injury, remain poorly understood. We found that a class of Drosophila sensory neurons, through complete pruning and regeneration, can elaborate two distinct dendritic trees, innervating independent sensory fields. An expression screen identified Cysteine proteinase-1 (Cp1) as a critical regulator of this process. Unlike known ecdysone effectors, Cp1-mutant ddaC neurons pruned larval dendrites normally but failed to regrow adult dendrites. Cp1 expression was upregulated/concentrated in the nucleus during metamorphosis, controlling production of a truncated Cut homeodomain transcription factor. This truncated Cut, but not the full-length protein, allowed Cp1-mutant ddaC neurons to regenerate higher-order adult dendrites. These results identify a molecular pathway needed for dendrite regrowth after pruning, which allows the same neuron to innervate distinct sensory fields.

Neuroepithelial circuit formed by innervation of sensory enteroendocrine cells.

Satiety and other core physiological functions are modulated by sensory signals arising from the surface of the gut. Luminal nutrients and bacteria stimulate epithelial biosensors called enteroendocrine cells. Despite being electrically excitable, enteroendocrine cells are generally thought to communicate indirectly with nerves through hormone secretion and not through direct cell-nerve contact. However, we recently uncovered in intestinal enteroendocrine cells a cytoplasmic process that we named neuropod. Here, we determined that neuropods provide a direct connection between enteroendocrine cells and neurons innervating the small intestine and colon. Using cell-specific transgenic mice to study neural circuits, we found that enteroendocrine cells have the necessary elements for neurotransmission, including expression of genes that encode pre-, post-, and transsynaptic proteins. This neuroepithelial circuit was reconstituted in vitro by coculturing single enteroendocrine cells with sensory neurons. We used a monosynaptic rabies virus to define the circuit's functional connectivity in vivo and determined that delivery of this neurotropic virus into the colon lumen resulted in the infection of mucosal nerves through enteroendocrine cells. This neuroepithelial circuit can serve as both a sensory conduit for food and gut microbes to interact with the nervous system and a portal for viruses to enter the enteric and central nervous systems.

Gross anatomy of the muscle systems and associated innervation of Apatemon cobitidis proterorhini metacercaria (Trematoda: Strigeidea), as visualized by confocal microscopy.:Strigeidea), as visualized by confocal microscopy

The major muscle systems of the metacercaria of the strigeid trematode, Apatemon cobitidis proterorhini have been examined using phalloidin as a site-specific probe for filamentous actin. Regional differences were evident in the organization of the body wall musculature of the forebody and hindbody, the former comprising outer circular, intermediate longitudinal and inner diagonal fibres, the latter having the inner diagonal fibres replaced with an extra layer of more widely spaced circular muscle. Three orientations of muscle fibres (equatorial, meridional, radial) were discernible in the oral sucker, acetabulum and paired lappets. Large longitudinal extensor and flexor muscles project into the hindbody where they connect to the body wall or end blindly. Innervation to the muscle systems of Apatemon was examined by immunocytochemistry, using antibodies to known myoactive substances: the flatworm FMRFamide-related neuropeptide (FaRP), GYIRFamide, and the biogenic amine, 5-hydroxytryptamine (5-HT). Strong immunostaining for both peptidergic and serotoninergic components was found in the central nervous system and confocal microscopic mapping of the distribution of these neuroactive substances revealed they occupied separate neuronal pathways. In the peripheral nervous system, GYIRFamide-immunoreactivity was extensive and, in particular, associated with the innervation of all attachment structures; serotoninergic fibres, on the other hand, were localized to the oral sucker and pharynx and to regions along the anterior margins of the forebody.

The musculature and associated innervation of adult and intramolluscan stages of Echinostoma caproni (Trematoda) visualised by confocal microscopy

Gross anatomy of muscle and sensory/motor innervation of adult and intramolluscan developmental stages of Echinostoma caproni have been investigated to ascertain the organisation and the functional correlates of any stage-specific patterns of staining. Using indirect immunocytochemistry to demonstrate neuroactive substances and the phalloidin-fluorescence technique for staining myofibril F-actin, the muscle systems and aminergic and peptidergic innervation of daughter rediae, cercariae, metacercariae, and pre- and post-ovigerous adults were examined and compared using confocal scanning laser microscopy. A complex arrangement of specific muscle fibre systems occurs within the body wall (composed of circular, longitudinal and diagonal fibres), suckers (radial, equatorial, meridional), pharynx (radial, circular), gut caeca (mainly circular), cercarial tail (circular, pseudo-striated longitudinal), and ducts of the reproductive system (circular, longitudinal), presumed to serve locomotor, adhesive, alimentary and reproductive functions. Immunostaining for serotonin (5-HT) and FMRFamide-related peptides (FaRPs) was evident throughout the central (CNS) and peripheral (PNS) nervous systems of all stages, and use of dual-labelling techniques demonstrated separate neuronal pathways for 5-HT and FaRP in both CNS and PNS. FaRP expression in the innervation of the ootype wall was demonstrated only in post-ovigerous worms and not in pre-ovigerous worms, suggesting an involvement of FaRP neuropeptides in the process of egg assembly. Comparison of the present findings with those recorded for other digeneans suggests that muscle organisation and innervation patterns in trematodes are highly conserved.

Altered distribution of interstitial cells and innervation in the rat urinary bladder following spinal cord injury

Introduction Changes in the distribution of interstitial cells (IC) are reportedly associated with dysfunctional bladder. The present study investigated whether spinal cord injury (SCI) resulted in changes to IC subpopulations (vimentin-positive with the ultrastructural profile of IC), smooth muscle and nerves within the bladder wall and correlated cellular remodelling with functional properties. Methods Bladders from SCI (T8/9 transection) and sham-operated rats five-weeks post-injury were used for ex vivo pressure-volume experiments or processed for morphological analysis with transmission electron microscopy (TEM) and light/confocal microscopy. Results Pressure-volume relationships revealed low-pressure, hypercompliance in SCI bladders indicative of decompensation. Extensive networks of vimentin-positive IC were typical in sham lamina propria and detrusor but were markedly reduced post-SCI; semi-quantitative analysis showed significant reduction. Nerves labelled with anti-neurofilament and anti-vAChT were notably decreased post-SCI. TEM revealed lamina propria IC and detrusor IC which formed close synaptic-like contacts with vesicle-containing nerve varicosities in shams. Lamina propria and detrusor IC were ultrastructurally damaged post-SCI with retracted/lost cell processes and were adjacent to areas of cellular debris and neuronal degradation. Smooth muscle hypertrophy was common to SCI tissues. Conclusions IC populations in bladder wall were decreased five weeks post-SCI, accompanied with reduced innervation, smooth muscle hypertrophy and increased compliance. These novel findings indicate that bladder wall remodelling post-SCI affects the integrity of interactions between smooth muscle, nerves and IC, with compromised IC populations. Correlation between IC reduction and a hypercompliant phenotype suggests that disruption to bladder IC contribute to pathophysiological processes underpinning the dysfunctional SCI bladder.

Functional innervation of Guinea-pig bladder interstitial cells of cajal subtypes: neurogenic stimulation evokes in situ calcium transients

Several populations of interstitial cells of Cajal (ICC) exist in the bladder, associated with intramural nerves. Although ICC respond to exogenous agonists, there is currently no evidence of their functional innervation. The objective was to determine whether bladder ICC are functionally innervated. Guinea-pig bladder tissues, loaded with fluo-4AM were imaged with fluorescent microscopy and challenged with neurogenic electrical field stimulation (EFS). All subtypes of ICC and smooth muscle cells (SMC) displayed spontaneous Ca2+-oscillations. EFS (0.5Hz, 2Hz, 10Hz) evoked tetrodotoxin (1µM)-sensitive Ca2+-transients in lamina propria ICC (ICC-LP), detrusor ICC and perivascular ICC (PICC) associated with mucosal microvessels. EFS responses in ICC-LP were significantly reduced by atropine or suramin. SMC and vascular SMC (VSM) also responded to EFS. Spontaneous Ca2+-oscillations in individual ICC-LP within networks occurred asynchronously whereas EFS evoked coordinated Ca2+-transients in all ICC-LP within a field of view. Non-correlated Ca2+-oscillations in detrusor ICC and adjacent SMC pre-EFS, contrasted with simultaneous neurogenic Ca2+ transients evoked by EFS. Spontaneous Ca2+-oscillations in PICC were little affected by EFS, whereas large Ca2+-transients were evoked in pre-EFS quiescent PICC. EFS also increased the frequency of VSM Ca2+-oscillations. In conclusion, ICC-LP, detrusor ICC and PICC are functionally innervated. Interestingly, Ca2+-activity within ICC-LP networks and between detrusor ICC and their adjacent SMC were synchronous under neural control. VSM and PICC Ca2+-activity was regulated by bladder nerves. These novel findings demonstrate functional neural control of bladder ICC. Similar studies should now be carried out on neurogenic bladder to elucidate the contribution of impaired nerve-ICC communication to bladder pathophysiology.