Mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l’acide polysialique (PSA) dans le néocortex visuel des souris durant la maturation des synapses GABAergiques

Le fonctionnement du cortex cérébral nécessite l’action coordonnée de deux des sous-types majeurs de neurones, soient les neurones à projections glutamatergiques et les interneurones GABAergiques. Les interneurones GABAergiques ne constituent que 20 à 30% des cellules corticales par rapport au grand nombre de neurones glutamatergiques. Leur rôle est toutefois prépondérant puisqu’ils modulent fortement la dynamique et la plasticité des réseaux néocorticaux. Il n’est donc pas surprenant que les altérations de développement des circuits GABAergiques soient associées à plusieurs maladies du cerveau, incluant l’épilepsie, le syndrome de Rett et la schizophrénie. La compréhension des mécanismes moléculaires régissant le développement des circuits GABAergiques est une étape essentielle menant vers une meilleure compréhension de la façon dont les anormalités se produisent. Conséquemment, nous nous intéressons au rôle de l’acide polysialique (PSA) dans le développement des synapses GABAergiques. PSA est un homopolymère de chaînons polysialylés en α-2,8, et est exclusivement lié à la molécule d’adhésion aux cellules neuronales (NCAM) dans les cerveaux de mammifères. PSA est impliqué dans plusieurs processus développementaux, y compris la formation et la plasticité des synapses glutamatergiques, mais son rôle dans les réseaux GABAergiques reste à préciser. Les données générées dans le laboratoire du Dr. Di Cristo démontrent que PSA est fortement exprimé post- natalement dans le néocortex des rongeurs, que son abondance diminue au cours du développement, et, faits importants, que son expression dépend de l’activité visuelle i et est inversement corrélée à la maturation des synapses GABAergiques. La présente propose de caractériser les mécanismes moléculaires régulant l’expression de PSA dans le néocortex visuel de la souris. Les enzymes polysialyltransférases ST8SiaII (STX) et ST8SiaIV (PST) sont responsables de la formation de la chaîne de PSA sur NCAM. En contrôlant ainsi la quantité de PSA sur NCAM, ils influenceraient le développement des synapses GABAergiques. Mon projet consiste à déterminer comment l’expression des polysialyltransférases est régulée dans le néocortex visuel des souris durant la période post-natale; ces données sont à la fois inconnues, et cruciales. Nous utilisons un système de cultures organotypiques dont la maturation des synapses GABAergiques est comparable au modèle in vivo. L’analyse de l’expression génique par qPCR a démontré que l’expression des polysialyltransférases diminue au cours du développement; une baisse majeure corrélant avec l’ouverture des yeux chez la souris. Nous avons de plus illustré pour la première fois que l’expression de STX, et non celle de PST, est activité-dépendante, et que ce processus requiert l’activation du récepteur NMDA, une augmentation du niveau de calcium intracellulaire et la protéine kinase C (PKC). Ces données démontrent que STX est l’enzyme régulant préférentiellement le niveau de PSA sur NCAM au cours de la période post-natale dans le cortex visuel des souris. Des données préliminaires d’un second volet de notre investigation suggèrent que l’acétylation des histones et la méthylation de l’ADN pourraient également contribuer à la régulation de la transcription de cette enzyme durant le développement. Plus d’investigations seront toutefois nécessaires afin de confirmer cette hypothèse. En somme, la connaissance des mécanismes par lesquels l’expression des ii polysialyltransférases est modulée est essentielle à la compréhension du processus de maturation des synapses GABAergiques. Ceci permettrait de moduler pharmacologiquement l’expression de ces enzymes; la sur-expression de STX et/ou PST pourrait produire une plus grande quantité de PSA, déstabiliser les synapses GABAergiques, et conséquemment, ré-induire la plasticité cérébrale.

Reversal of activity-mediated spine dynamics and learning impairment in a mouse model of Fragile X syndrome.

Fragile X syndrome (FXS) is characterized by intellectual disability and autistic traits, and results from the silencing of the FMR1 gene coding for a protein implicated in the regulation of protein synthesis at synapses. The lack of functional Fragile X mental retardation protein has been proposed to result in an excessive signaling of synaptic metabotropic glutamate receptors, leading to alterations of synapse maturation and plasticity. It remains, however, unclear how mechanisms of activity-dependent spine dynamics are affected in Fmr knockout (Fmr1-KO) mice and whether they can be reversed. Here we used a repetitive imaging approach in hippocampal slice cultures to investigate properties of structural plasticity and their modulation by signaling pathways. We found that basal spine turnover was significantly reduced in Fmr1-KO mice, but markedly enhanced by activity. Additionally, activity-mediated spine stabilization was lost in Fmr1-KO mice. Application of the metabotropic glutamate receptor antagonist α-Methyl-4-carboxyphenylglycine (MCPG) enhanced basal turnover, improved spine stability, but failed to reinstate activity-mediated spine stabilization. In contrast, enhancing phosphoinositide-3 kinase (PI3K) signaling, a pathway implicated in various aspects of synaptic plasticity, reversed both basal turnover and activity-mediated spine stabilization. It also restored defective long-term potentiation mechanisms in slices and improved reversal learning in Fmr1-KO mice. These results suggest that modulation of PI3K signaling could contribute to improve the cognitive deficits associated with FXS.

Distinct roles of NMDA receptors at different stages of granule cell development in the adult brain.

NMDA receptor (NMDAR)-dependent forms of synaptic plasticity are thought to underlie the assembly of developing neuronal circuits and to play a crucial role in learning and memory. It remains unclear how NMDAR might contribute to the wiring of adult-born granule cells (GCs). Here we demonstrate that nascent GCs lacking NMDARs but rescued from apoptosis by overexpressing the pro-survival protein Bcl2 were deficient in spine formation. Insufficient spinogenesis might be a general cause of cell death restricted within the NMDAR-dependent critical time window for GC survival. NMDAR loss also led to enhanced mushroom spine formation and synaptic AMPAR activity throughout the development of newborn GCs. Moreover, similar elevated synapse maturation in the absence of NMDARs was observed in neonate-generated GCs and CA1 pyramidal neurons. Together, these data suggest that NMDAR operates as a molecular monitor for controlling the activity-dependent establishment and maturation rate of synaptic connections between newborn neurons and others.

Mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la régulation du développement des circuits d’interneurones GABAergiques dans le néocortex : rôle de la molécule d’adhésion cellulaire neurale (NCAM)

Les interneurones GABAergiques constituent une population mineure de cellules par rapport aux neurones glutamatergiques dans le néocortex. Cependant ils contrôlent fortement l'excitabilité neuronale, la dynamique des réseaux neuronaux et la plasticité synaptique. L'importance des circuits GABAergiques dans le processus fonctionnel et la plasticité des réseaux corticaux est soulignée par des résultats récents qui montrent que des modifications très précises et fiables des circuits GABAergiques sont associées à divers troubles du développement neurologique et à des défauts dans les fonctions cérébrales. De ce fait, la compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires impliquant le développement des circuits GABAergiques est la première étape vers une meilleure compréhension de la façon dont les anomalies de ces processus peuvent se produire. La molécule d’adhésion cellulaire neurale (NCAM) appartient à la super-famille des immunoglobulines de reconnaissance cellulaire et est impliquée dans des interactions homophiliques et hétérophiliques avec d’autres molécules. Même si plusieurs rôles de NCAM ont été démontrés dans la croissance neuronale, la fasciculation axonale, la formation et la maturation de synapses, de même que dans la plasticité cellulaire de plusieurs systèmes, le rôle de NCAM dans la formation des synapses GABAergiques reste inconnu. Ce projet visait donc à déterminer le rôle précis de NCAM dans le processus de maturation des synapses GABAergiques dans le néocortex, en modulant son expression à différentes étapes du développement. L’approche choisie a été de supprimer NCAM dans des cellules GABAergiques à paniers avant la maturation des synapses (EP12-18), pendant la maturation (EP16-24), ou durant le maintien de celles-ci (EP24-32). Les méthodes utilisées ont été le clonage moléculaire, l’imagerie confocale, la culture de coupes organotypiques et des techniques morphométriques de quantification de l’innervation GABAergique. Nos résultats montrent que l’inactivation de NCAM durant la phase de maturation des synapses périsomatiques (EP16-24) cause une réduction du nombre de synapses GABAergiques périsomatiques et du branchement de ces axones. En revanche, durant la phase de maintien (EP26-32), l’inactivation de NCAM n’a pas affecté ces paramètres des synapses GABAergiques. Or, il existe trois isoformes de NCAM (NCAM120, 140 et 180) qui pourraient jouer des rôles différents dans les divers types cellulaires ou à des stades développementaux différents. Nos données montrent que NCAM120 et 140 sont nécessaires à la maturation des synapses périsomatiques GABAergiques. Cependant, NCAM180, qui est l’isoforme la plus étudiée et caractérisée, ne semble pas être impliquée dans ce processus. De plus, l’inactivation de NCAM n’a pas affecté la densité des épines dendritiques ou leur longueur. Elle est donc spécifique aux synapses périsomatiques GABAeriques. Finalement, nos résultats suggèrent que le domaine conservé C-terminal KENESKA est essentiel à la maturation des synapses périsomatiques GABAergiques. Des expériences futures nous aiderons à mieux comprendre la mécanistique et les différentes voies de signalisation impliquées.

Auditory and visual event-related potential alterations in fragile X syndrome

Le syndrome du X fragile (SXF) est la première cause héréditaire de déficience intellectuelle et également la première cause monogénique d’autisme. Le SXF est causé par l'expansion de la répétition du nucléotide CGG sur le gène FMR1, ce qui empêche l’expression de la protéine FMRP. L’absence du FMRP mène à une altération du développement structurel et fonctionnel de la synapse, ce qui empêche la maturation des synapses induite par l’activité et l’élagage synaptique, qui sont essentiels pour le développement cérébral et cognitif. Nous avons investigué les potentiels reliés aux événements (PRE) évoqués par des stimulations fondamentales auditives et visuelles dans douze adolescents et jeunes adultes (10-22) atteints du SXF, ainsi que des participants contrôles appariés en âge chronologique et développemental. Les résultats indiquent un profil des PRE altéré, notamment l’augmentation de l’amplitude de N1 auditive, par rapport aux deux groupes contrôle, ainsi que l’augmentation des amplitudes de P2 et N2 auditifs et de la latence de N2 auditif. Chez les patients SXF, le traitement sensoriel semble être davantage perturbé qu’immature. En outre, la modalité auditive semble être plus perturbée que la modalité visuelle. En combinaison avec des résultats anatomique du cerveau, des mécanismes biochimiques et du comportement, nos résultats suggèrent une hyperexcitabilité du système nerveux dans le SXF.

Developmental Changes in the Structure and Composition of the Postsynaptic Density

The development of the brain and its underlying circuitry is dependent on the formation of trillions of chemical synapses, which are highly specialized contacts that regulate the flow of information from one neuron to the next. It is through these synaptic connections that neurons wire together into networks capable of performing specific tasks, and activity-dependent changes in their structural and physiological state is one way that the brain is thought to adapt and store information. At the ultrastructural level, developmental and activity-dependent changes in the size and shape of dendritic spines have been well documented, and it is widely believed that structural changes in spines are a hallmark sign of synapse maturation and alteration of synaptic physiology. While changes in spine structure have been studied extensively, changes in one of its most prominent components, the postsynaptic density (PSD), have largely evaded observation. The PSD is a protein-rich organelle on the cytoplasmic side of the postsynaptic membrane, where it sits in direct opposition to the presynaptic terminal. The PSD functions both to cluster neurotransmitter receptors at the cell surface as well as organize the intracellular signaling molecules responsible for transducing extracellular signals to the postsynaptic cell. Much is known about the chemical composition of the PSD, but the structural arrangement of its molecular components is not well documented. Adding to the difficulty of understanding such a complex mass of protein machinery is the fact that its protein composition is known to change in response to synaptic activity, meaning that its structure is plastic and no two PSDs are identical. Here, immuno-gold labeling and electron tomography of PSDs isolated throughout development was used to track changes in both the structure and molecular composition of the PSD. State-of-the-art cryo-electron tomography was used to study the fine structure of the PSD during development, and provides an unprecedented glimpse into its molecular architecture in an un-fixed, unstained and hydrated state. Through this analysis, large structural and compositional changes are apparent and suggest a model by which the PSD is first assembled as a mesh-like lattice of proteins that function as support for the later recruitment of various PSD components. Spatial analysis of the recruitment of proteins into the PSD demonstrated that its assembly has an underlying order.

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.

Role of Rab27 in synaptic transmission at the squid giant synapse

Small GTPase Rab is a member of a large family of Ras-related proteins, highly conserved in eukaryotic cells, and thought to regulate specific type(s) and/or specific step(s) in intracellular membrane trafficking. Given our interest in synaptic transmission, we addressed the possibility that Rab27 (a close isoform of Rab3) could be involved in cytosolic synaptic vesicle mobilization. Indeed, preterminal injection of a specific antibody against squid Rab27 (anti-sqRab27 antibody) combined with confocal microscopy demonstrated that Rab27 is present on squid synaptic vesicles. Electrophysiological study of injected synapses showed that the anti-sqRab27 antibody inhibited synaptic release in a stimulation-dependent manner without affecting presynaptic action potentials or inward Ca2+ current. This result was confirmed in in vitro synaptosomes by using total internal reflection fluorescence microscopy. Thus, synaptosomal Ca2+-stimulated release of FM1-43 dye was greatly impaired by intraterminal anti-sqRab27 antibody. Ultrastructural analysis of the injected giant preterminal further showed a reduced number of docked synaptic vesicles and an increase in nondocked vesicular profiles distant from the active zone. These results, taken together, indicate that Rab27 is primarily involved in the maturation of recycled vesicles and/or their transport to the presynaptic active zone in the squid giant synapse.

Abnormal dendritic spines in fragile X knockout mice: Maturation and pruning deficits

Fragile X syndrome arises from blocked expression of the fragile X mental retardation protein (FMRP). Golgi-impregnated mature cerebral cortex from fragile X patients exhibits long, thin, tortuous postsynaptic spines resembling spines observed during normal early neocortical development. Here we describe dendritic spines in Golgi-impregnated cerebral cortex of transgenic fragile X gene (Fmr1) knockout mice that lack expression of the protein. Dendritic spines on apical dendrites of layer V pyramidal cells in occipital cortex of fragile X knockout mice were longer than those in wild-type mice and were often thin and tortuous, paralleling the human syndrome and suggesting that FMRP expression is required for normal spine morphological development. Moreover, spine density along the apical dendrite was greater in the knockout mice, which may reflect impaired developmental organizational processes of synapse stabilization and elimination or pruning.

Long-term Spinal Ventral Root Reimplantation, But Not Bone Marrow Mononuclear Cell Treatment, Positively Influences Ultrastructural Synapse Recovery And Motor Axonal Regrowth.

We recently proposed a new surgical approach to treat ventral root avulsion, resulting in motoneuron protection. The present work combined such a surgical approach with bone marrow mononuclear cells (MC) therapy. Therefore, MC were added to the site of reimplantation. Female Lewis rats (seven weeks old) were subjected to unilateral ventral root avulsion (VRA) at L4, L5 and L6 levels and divided into the following groups (n = 5 for each group): Avulsion, sealant reimplanted roots and sealant reimplanted roots plus MC. After four weeks and 12 weeks post-surgery, the lumbar intumescences were processed by transmission electron microscopy, to analyze synaptic inputs to the repaired α motoneurons. Also, the ipsi and contralateral sciatic nerves were processed for axon counting and morphometry. The ultrastructural results indicated a significant preservation of inhibitory pre-synaptic boutons in the groups repaired with sealant alone and associated with MC therapy. Moreover, the average number of axons was higher in treated groups when compared to avulsion only. Complementary to the fiber counting, the morphometric analysis of axonal diameter and g ratio demonstrated that root reimplantation improved the motor component recovery. In conclusion, the data herein demonstrate that root reimplantation at the lesion site may be considered a therapeutic approach, following proximal lesions in the interface of central nervous system (CNS) and peripheral nervous system (PNS), and that MC therapy does not further improve the regenerative recovery, up to 12 weeks post lesion.

Maturação somática e desempenho físico em jovens futebolistas = : Somatic maturation and physical performance in young soccer players

Universidade Estadual de Campinas . Faculdade de Educação Física

Melatonin in maturation media fails to improve oocyte maturation, embryo development rates and DNA damage of bovine embryos

Melatonin (MEL) acts as a powerful scavenger of free radicals and direct gonadal responses to melatonin have been reported in the literature. Few studies, however, have evaluated the effect of MEL during in vitro maturation (IVM) on bovine embryos. This study tested the addition of MEL to maturation medium (MM) with no gonadotropins on nuclear maturation and embryo development rates and the incidence of DNA damage in resulting embryos. Cumulus-oocyte complexes were aspirated from abattoir ovaries and cultured in MM (TCM-199 medium supplemented with 10% fetal calf serum - FCS) at 39ºC and 5% CO2 in air. After 24 hours of culture in MM with 0.5 µg mL-1 FSH and 5.0 µg mL-1 LH; 10-9 M MEL) or 10-9 M MEL, 0.5 µg mL-1 FSH and 5.0 µg mL-1 LH, the oocytes were stained with Hoechst 33342 to evaluate nuclear maturation rate. After in vitro fertilization and embryo culture, development rates were evaluated and the blastocysts were assessed for DNA damage by Comet assay. There was no effect of melatonin added to the MM, alone or in combination with gonadotropins, on nuclear maturation, cleavage and blastocyst rates. These rates ranged between 88% to 90%, 85% to 88% and 42% to 46%, respectively. The extent of DNA damage in embryos was also not affected by MEL supplementation during IVM. The addition of 10-9 M MEL to the MM failed to improve nuclear maturation and embryo development rates and the incidence of DNA damage in resulting embryos, but was able to properly substitute for gonadotropins during IVM.

Differential gene expression profiling in mucus glands of honey bee (Apis mellifera) drones during sexual maturation

The mating sign that each drone leaves when mating with a queen essentially consists of mucus gland proteins. We employed a Representational Difference Analysis (RDA) methodology to identify genes that are differentially expressed in mucus glands during sexual maturation of drones. The RDA library for mucus glands of newly emerged drones was more complex than that of 8 day-old drones, with matches to 20 predicted genes. Another 26 reads matched to the Apis genome but not to any predicted gene. Since these ESTs were located within ORFs they may represent novel honey bee genes, possibly fast evolving mucus gland proteins. In the RDA library for mucus glands of 8 day-old drones, most reads corresponded to a capsid protein of deformed wing virus, indicating high viral loads in these glands. The expression of two genes encoding venom allergens, acid phosphatase-1 and hyaluronidase, in drone mucus glands argues for their homology with the female venom glands, both associated with the reproductive system.

Caspase-1 is involved in the genesis of inflammatory hypernociception by contributing to peripheral IL-1 beta maturation

Background: Caspase-1 is a cysteine protease responsible for the processing and secretion of IL-1 beta and IL-18, which are closely related to the induction of inflammation. However, limited evidence addresses the participation of caspase-1 in inflammatory pain. Here, we investigated the role of caspase-1 in inflammatory hypernociception (a decrease in the nociceptive threshold) using caspase-1 deficient mice (casp1-/-). Results: Mechanical inflammatory hypernociception was evaluated using an electronic version of the von Frey test. The production of cytokines, PGE(2) and neutrophil migration were evaluated by ELISA, radioimmunoassay and myeloperoxidase activity, respectively. The interleukin (IL)-1 beta and cyclooxygenase (COX)-2 protein expression were evaluated by western blotting. The mechanical hypernociception induced by intraplantar injection of carrageenin, tumour necrosis factor (TNF)alpha and CXCL1/KC was reduced in casp1-/- mice compared with WT mice. However, the hypernociception induced by IL-1 beta and PGE(2) did not differ in WT and casp1-/- mice. Carrageenin-induced TNF-alpha and CXCL1/KC production and neutrophil recruitment in the paws of WT mice were not different from casp1-/- mice, while the maturation of IL-1 beta was reduced in casp1-/- mice. Furthermore, carrageenin induced an increase in the expression of COX-2 and PGE(2) production in the paw of WT mice, but was reduced in casp1-/- mice. Conclusion: These results suggest that caspase-1 plays a critical role in the cascade of events involved in the genesis of inflammatory hypernociception by promoting IL-1 beta maturation. Because caspase-1 is involved in the induction of COX-2 expression and PGE(2) production, our data support the assertion that caspase-1 is a key target to control inflammatory pain.