The subplate layer of the cerebral cortex is comprised of a heterogeneous population of cells and contains some of the earliest-generated neurons. Subplate plays a fundamental role in cortical development. In the embryonic brain, subplate cells contribute to the guidance and areal targeting of corticofugal and thalamic axons. At later stages, these cells are involved in the maturation and plasticity of the cortical circuitry and the establishment of functional modules. In my thesis, I aimed to further characterize the embryonic murine subplate by establishing a gene expression profile of this population at embryonic day 15.5 (E15.5) using laser capture microdissection combined with microarrays. I found over 250 transcripts with presumed higher expression in the subplate at E15.5. Using quantitative RT-PCR, in situ hybridization and immunohistochemistry, I have confirmed specific expression in the E15.5 subplate for 13 selected genes which have not been previously associated with this compartment. In the reeler mutant, the expression pattern of a majority of these genes was shifted in accordance with the altered position of subplate cells. These genes belong to several functional groups and likely contribute to the maturation and electrophysiological properties of subplate cells and to axonal growth and guidance. The roles of two selected genes - cadherin 10 (Cdh10) and Unc5 homologue c (Unc5c) - were explored in more detail. Preliminary results suggest an involvement of Cdh10 in subplate layer organization while Unc5c could mediate the waiting period of subplate corticothalamic axons in the internal capsule. Finally, I compared the expression of a selection of subplate-specific genes (subplate markers) between mouse and rat and found some surprising species differences. Confirmed subplate markers were used to monitor subplate injury in a rat model of preterm hypoxiaischemia and it appeared that deep cortical layers including subplate showed an increased vulnerability over upper layers. Further characterization of subplate-specific genes will allow us to broaden our understanding of molecular mechanisms underlying subplate properties and functions in normal and pathological development.

Schilddrüsenhormone benötigen als geladene Proteine Transporter um Zellmembranen zu durchqueren. Ein sehr spezifisches Transportprotein ist der Monocarboxylattransporter 8 (Mct8). Mutationen in MCT8 führen beim Menschen zu einer schweren X-gekoppelten mentalen Retardierung, die mit sehr speziellen Veränderungen der Schilddrüsenhormonwerte im Serum einher geht. Zur genaueren Untersuchung der Funktion von Mct8 sowie Mechanismen der Erkrankung wurde ein Knock-out Mausmodell für Mct8 generiert und mit dem menschlichen Phänotyp verglichen. Mct8-defiziente Mäuse replizieren den humanen Phänotyp in Hinsicht auf veränderte Schilddrüsenhormonparameter im Serum. Dennoch weisen diese Mäuse keine morphologischen Veränderungen des Gehirns auf. Ein in dieser Arbeit erstmalig nachgewiesenes ähnlich einer Hyperthyreose verändertes Angstverhalten sowie ein ähnlich einer Hypothyreose verändertes Putzverhalten führte zu der Hypothese, dass es andere Transporter gibt, die den Verlust von Mct8 kompensieren. Ein Kandidat mit einem ähnlichen Expressionsmuster in verschiedenen Geweben und auch in Zelltypen des Gehirns ist der L-Typ Aminosäuretransporter 2 (Lat2). Mct8 ist bei der Maus und beim Menschen während der Entwicklung stark in Neuronen und anderen Zelltypen des Gehirns exprimiert. LAT2 ist jedoch anders als bei der Maus beim Menschen während der Entwicklung in Neuronen nicht nachweisbar. Lat2 könnte also bei der Maus, jedoch nicht beim Menschen den Verlust von Mct8 während der Gehirnentwicklung kompensieren und somit den Unterschied zwischen beiden Phänotypen erklären. Die Untersuchung von Mct8-defizienten Mäusen konnte jedoch auch einen neuen Phänotyp aufdecken: das Fehlen von Mct8 führt bei Mäusen mit zunehmendem Alter zu Hyperplasien der Schilddrüse, die als papilläre Schilddrüsenkarzinome klassifiziert wurden. Bei einem Patienten mit Allan-Herndon-Dudley-Syndrom konnten hierauf ebenfalls hyperplastische Veränderungen der Schilddrüse gefunden werden. / Thyroid hormones are charged molecules and therefore need transporters to cross the cell membrane. One very specific transport protein is the monocarboxylatetransporter 8 (Mct8). Mutations in MCT8 lead to a severe form of X-linked mental retardation in humans in combination with very specific changes in thyroid hormone serum parameters. A mouse model of Mct8-deficiency was generated and compared to the human phenotype to be able to precisely analyze functions of Mct8 and mechanisms of the disease. Mct8-deficient mice do replicate the human phenotype concerning changes of thyroid hormones in serum. However, these mice did not show any morphological changes in the brain. This work could show for the first time changes in anxiety-related behaviour indicative of hyperthyroidism as well as changes in grooming behaviour indicative of hypothyroidism. This led to the hypothesis that other transporters exist that can compensate for the loss of Mct8. One candidate that has a similar expression pattern in different tissues and cell types of the brain is the L-type amino acid transporter 2 (Lat2). Mct8 is highly expressed in neurons and other cell types of mice and humans during development. LAT2 is in contrast to the mouse not detectable in human developing neurons. Therefore, Lat2 could compensate in the mouse but not in the human for the loss of Mct8 during brain development. This could explain the differences between both phenotypes. Nevertheless, the analysis of Mct8-deficient mice could also disclose a new phenotype: the loss of Mct8 leads to thyroid hyperplasia in mice that increases with age and could be classified as papillary thyroid carcinoma. Thereupon, hyperplastic changes of the thyroid could also be detected in a patient with Allan-Herndon-Dudley syndrome.

In the present study 5-hydroxytryptamine (5-HT) 1A receptor knockout mice (KO), mice overexpressing the 5-HT1A receptor (OE), and wild-type (WT) mice were used to investigate the influence of 5-HT1A receptor on the development of the serotonergic system in the brain, from the embryonic day 12.5 to the postnatal day 15.5. Neither the absence nor the overexpression of 5-HT1A receptor influenced the development and differentiation of serotonergic neurons in the raphe area of the mouse brain. However, a delay in the initial development of the serotonergic projections to the mesencephalic tegmentum, cerebral cortex and hypothalamus was observed in both transgenic mice lines. The brain levels of 5-HT and 5-hydroxyindoleacetic acid were significantly higher in both transgenic mice lines during the late embryonic and early postnatal periods as compared to WT mice. An increase in the turnover of 5-HT was not observed before the early postnatal period. Both the absence and the overexpression of 5-HT1A receptor delayed the development of the dopaminergic system of the mesencephalic tegmentum in the early embryonic period. In OE mice the postnatal development of the noradrenergic system appeared to be exaggerated. The immunoreactivity for the neurotrophic protein S100ß was higher in the cerebral cortex, striatum and hippocampus of OE mice as compare to WT and KO mice. The expression of synaptic proteins, such as synapatobrevin and synaptotagmin was reduced in KO and OE mice during the early embryonic period. This reduction may be linked to the delayed development of the serotonergic projections and the dopaminergic system. In addition, no influence of 5-HT1A receptor mutations on the myelination of the brain was observed. Zusammenfassung In der vorliegenden Arbeit wurden die 5-Hydroxytryptamin (5-HT)1A Rezeptor Knockout (KO), überexprimierenden (ÜE) Mäuse und die Wild-Typ (WT) Mäuse, in den Entwicklungsperioden vom embryonalen Tag 12,5 bis postnatalen Tag 15,5 untersucht, um weitere Informationen über den Einfluss vom 5-HT1A Rezeptor auf die Entwicklung des serotonergen Systems im Gehirn zu erhalten. Sowohl das Fehlen des 5-HT1A Rezeptors als auch dessen Überexpression hatten zwar keinen Einfluss auf die Entwicklung und Differenzierung der serotonergen Neurone in den Raphe Regionen, verzögerte aber die erste Entwicklung der serotonergen Innervierungen im mesencephalen Tegmentum, Hypothalamus und cerebralen Cortex. In den späten embryonalen und insbesondere frühpostnatalen Perioden waren die 5-HT- und 5-HIAA-Spiegel bei KO und ÜE Mäusen im Vergleich zu WT Mäusen signifikant erhöht. Eine Erhöhung des 5-HT Turnovers wurde erst in der frühpostnatalen Periode beobachtet. Auch die Entwicklung des dopaminergen Systems im Mesencephalon war in der frühen embryonalen Periode sowohl bei KO als auch bei ÜE Mäusen verlangsamt. Die Überexpression des 5-HT1A Rezeptors begünstigte möglicherweise die postnatale Entwicklung des noradrenergen Systems. Bei ÜE Mäusen war die Immunreaktivität des neurotrophen Proteins S100? im cerebralen Cortex, Hippocampus und Striatum stärker als bei WT und KO Mäusen. Die Expression der synaptischen Proteine wie Synaptobrevin und Synaptotagmin war sowohl bei KO als auch bei ÜE Mäusen in der frühen embryonalen Periode verzögert. Dies könnte mit der verzögerten Entwicklung der serotonergen Projektionen und des dopaminergen Systems in Zusammenhang stehen. Darüber hinaus hatten transgene Veränderungen am 5-HT1A Rezeptor keinen Einfluss auf die Myelinisierung im Gehirn der Maus. Schlagwörter: serotonerges System, Entwicklung des Gehirns, 5-HT1A Rezeptor, transgene Mäuse, dopaminerges System, noradrenerges System, S100ß, Synaptisches Protein, Myelinisierung / In the present study 5-hydroxytryptamine (5-HT) 1A receptor knockout mice (KO), mice overexpressing the 5-HT1A receptor (OE), and wild-type (WT) mice were used to investigate the influence of 5-HT1A receptor on the development of the serotonergic system in the brain, from the embryonic day 12.5 to the postnatal day 15.5. Neither the absence nor the overexpression of 5-HT1A receptor influenced the development and differentiation of serotonergic neurons in the raphe area of the mouse brain. However, a delay in the initial development of the serotonergic projections to the mesencephalic tegmentum, cerebral cortex and hypothalamus was observed in both transgenic mice lines. The brain levels of 5-HT and 5-hydroxyindoleacetic acid were significantly higher in both transgenic mice lines during the late embryonic and early postnatal periods as compared to WT mice. An increase in the turnover of 5-HT was not observed before the early postnatal period. Both the absence and the overexpression of 5-HT1A receptor delayed the development of the dopaminergic system of the mesencephalic tegmentum in the early embryonic period. In OE mice the postnatal development of the noradrenergic system appeared to be exaggerated. The immunoreactivity for the neurotrophic protein S100ß was higher in the cerebral cortex, striatum and hippocampus of OE mice as compare to WT and KO mice. The expression of synaptic proteins, such as synapatobrevin and synaptotagmin was reduced in KO and OE mice during the early embryonic period. This reduction may be linked to the delayed development of the serotonergic projections and the dopaminergic system. In addition, no influence of 5-HT1A receptor mutations on the myelination of the brain was observed.

Developmental biology adresses how cells are organised into functional structures and eventually into a whole organism. It is crucial to understand the molecular basis for processes in development, by studying the expression and function of relevant genes and their relationship to each other. A gene function can be studied be creating loss-of-function situations, in which the change in developmental processes is examined in the absense of a functional gene product, or in gain-of-function studies, where a gene product is either intrinsically overproduced or ectopically upregulated. One approach for a loss-of-function situation is the creation of specific mutants in single genes, and the zebrafish (Danio rerio) has proven to be an excellent model organism for this purpose. In this thesis, I report on two forward genetic screens performed to find new mutants affecting brain development, in particular mutants defective in development and function of the midbrain-hindbrain boundary (MHB), an organiser region that patterns the adjacent brain regions of the midbrain and the hindbrain. In the first screen, I could identify 10 specific mutants based on morphology and the analysis of the expression patterns of lim1 and fgf8, genes functioning as early neuronal markers and as a patterning gene, respectively. Three of these mutants lacked an MHB, and by complementation studies, I identified these mutants as being defective in the spg locus. The second screen produced 35 new mutants by screening morphologically and with antibodies against acetylated Tubulin, which marks all axonal scaffolds, and anti-Opsin, which is a marker for photoreceptors in the pineal gland. According to their phenotype, I distributed the mutant lines into 4 phenotypic subgroups, of which the brain morphology group with 18 mutant lines was studied most intensively. In the last part of my thesis, I characterise one of these brain morphology mutants, broken heart. This mutant is defective in axonal outgrowth and locomotion, and shows a striking reduction of serotonergic neurons in the epiphysis and in the raphe nuclei in the hindbrain, structures involved in serotonin and melatonin production. Studies in other model organisms suggested a role of factors from the floor plate and the MHB in induction of the serotonergic neurons in the hindbrain, and using broken heart, I show that Fgf molecules such as Fgf4 and Fgf8 can restore partially the loss of serotonergic neurons in the mutant. I conclude that forward genetic screens are an invaluable tool to generate a pool of mutations in specific genes, which can be used to dissect complex processes in development such as brain development.

Crime is as old as mankind. It started with an incident of theft inside Paradise and a murder outside. In order to understand the phenomenon of crime several theories were formulated over time. One fact should be recognized: All forms of trauma can be reduced to a single common factor: Control – or better said: a lack of control. A lack of personal control causes tension; tension leads to desperation; desperation leads to irresponsibility. Then the door to crime is unlocked. Fortunately all irresponsibilities doesn’t lead to crime. In order to understand the offender it is imperative to understand his background. The relationship between childhood trauma and crime cannot be denied. It is a fact that childhood traumas can lead to abnormal brain development in early childhood. For this reason special attention is paid to the processes involved in brain development, both in normal children and in maltreated ones. If not identified and intervened in time, it can lead to a situation where the cycle of frustration and desperation, and eventually crime, cannot be interrupted - not even by prisonization. Management of change (rehabilitation) must reckon with the influence of said traumas on the brain development of children. Efforts to rehabilitate the offender becomes senseless if applied for an hour once a week. Such efforts cannot repair the damage done by negative influences repeated thousands of times over many years. In the same vein it is fruitless to aim therapeutic interventions on the reason of man hoping to repair the emotional damage of his childhood. For this reason the Neurosequential Method of Therapeutics holds promise in the quest for the rehabilitation of the offender and in the fight against crime. / Penology / D. Litt. et Phil. (Penology)

Summaries in Afrikaans and English / Text in Afrikaans / Vanaf geboorte is die ouers en die omgewing wat hulle vir die kind skep van die uiterste belang. Ouers behoort 'n ruimte te skep waar die kind intellektueel gestimuleer kan word, begeleide leerervaringe kan ontvang en waar hy veiligheid en geborgenheid kan beleef Dit is in hierdie voorskoolse jare waar die grondslag gele word vir latere leer. Waar vroee stimulering en bemiddeling ontbreek is dit later baie moeilik om met insette dieselfde positiewe resultate te bereik. Begeleide leerervaringe is 'n essensiele komponent van en voorwaarde vir optimale ontwikkeling. Wanneer die kind aan geletterdheidervaringe blootgestel word in sy voorskoolse jare, kan hy, wanneer hy skool toe gaan, die insette en konsepte as "bekend" ervaar, omdat hy reeds vroeg al daarmee kennisgemaak het. Die ouers kan die kind se voorskoolse jare s6 ontwerp dat die kind se potensiaal optimaal verwesenlik kan word. In die empiriese ondersoek is onderhoude met ouers gevoer sodat hulle hul ervarings met hul kinders wat hulle voorskools gestimuleer het, kon weergee. Volgens die resultate blyk dit dat vroee stimulering waarskynlik 'n belangrike faktor is ten opsigte van latere prestasie. / Parents should create an atmosphere where the child can be stimulated intellectually, can receive mediated learning experiences (MLE) and where he can experience safety and security. It is in the preschool years that the foundation is laid to make learning easier later on. Where early stimulation and mediation is lacking it is very difficult later on to achieve positive results with the same inputs. When the child is exposed to literacy experiences in his pre-school years, he can experience the inputs and concepts as "known" when he attends school, as he was already acquainted with them. The parents can shape the pre-school years of the child in such a manner that the potential of the child can be realised optimally. In the empirical investigation parents were interviewed in order to determine the extent to which they supplied intellectual stimulation to their pre-school children. According to the results it appears that early stimulation is probably an important factor with regard to achievement in later years. / Psychology of Education / M. Ed. (Psychology of Education)

'n Omvattende literatuurstudie oor die funksionering en ontwikkeling van die brein is onderneem ten einde toepasbare aspekte te identifiseer vir die verbetering van aanvangsonderrig vir pianiste. Die oorsig behels die volgende: <ul> <li>Die benutting van die jong brein se vermoë tot plastiese verandering as gevolg van stimulasie</li> <li>Die belangrikheid van vroeë aanvangsouderdom vir klavieronderrig</li> <li>Die bestaan van 'n geleentheidsvensterperiode vir die ontwikkeling van optimale Prestasie</li> <li>Die ontwikkeling van absolute toonhoogtesin as gevolg van vroeë aanvangsklavieronderrig</li> <li>Die ontwikkeling van verbeterde tegniese vaardighede as gevolg van vroeë Aanvangsklavieronderrig</li> <li>Die belangrikheid van genoegsame herhaling vir die vaslegging van tegniese vaardigheid en informasie in die langtermyngeheuestore van die brein</li> <li>Interaksie tussen die invloed van omgewingsfaktore en die bydrae van genetiese potensiaal van die individu vir optimale musikale prestasie</li> <li>Die rol en invloed van emosie, chemiese oordragstowwe en hormone op musicale prestasie</li> <li>Groepsmusiekonderrig vir jong kinders</li> <li>Die onderlinge verhouding tussen onderwyser en leerder.</li></ul> Die leerstylmodel van Ned Herrmann vir heelbreinontwikkeling is gebruik om die karaktereienskappe en leerbehoeftes van individue met betrekking tot hul kognitiewe leervoorkeure te bepaal. Vier verskillende benaderings tot aanvangsklavieronderrig is geïdentifiseer. Die geskiktheid van die onderskeie aanvangsbenaderings word teenoor mekaar opgeweeg ten einde te bepaal of 'n spesifieke benadering beter sou pas by leerders met spesifieke leervoorkeure. Wenke word voorsien aan klavieronderwysers oor hoe om onderrig aan leerders met uiteenlopende kognitiewe leerstyle aan te bied. Twee-en-twintig beginnersboeke is evalueer ten opsigte van hul geskiktheid vir gebruik vir leerders met verskillende kognitiewe leervoorkeure. Aanbevelings word gemaak vir die samestelling van 'n ideale beginnersboek wat met sukses vir alle klavierleerders gebruik sal kan word. Die toegevoegde waarde van prelees, duetpartye, nabootsspel, improvisasie en illustrasies vir beginnersboeke is ondersoek. Aspekte soos geordende aanbieding van konsepte en die noodsaak vir uitgebreide herhaling vir die vaslegging van die informasie en tegniese vaardighede in die langtermyngeheuestore van die brein word beklemtoon. / Thesis (DMus)--University of Pretoria, 2008. / Music / unrestricted

Un des aspects les plus marquants de l'évolution des grands singes est l'augmentation relative du volume du cerveau, et en particulier du néocortex, qui culmine chez Homo sapiens. La microcéphalie primaire est une anomalie congénitale du développement cérébral humain caractérisée par un cerveau normalement formé mais de petit volume. Il en existe une forme isolée, non syndromique, dont la majorité des cas sont d'origine génétique et transmis sur le mode autosomique récessif (MCPH), qui constituent donc un modèle génétiquement simple qui résulte de l'altération d'un seul gène, essentiel dans le développement volumique du cerveau. Une consanguinité parentale est présente dans la majorité des cas, ce qui permet une approche puissante de localisation génomique de la mutation responsable, nommée cartographie d'homozygotie. A ce jour, huit gènes causant cette anomalie ont déjà été identifiés :BRIT1 (MCPH1), ASPM (MCPH5), CDK5RAP2 (MCPH3) et CENPJ (MCPH6), et plus récemment, STIL (MCPH7), CEP152 (MCPH9), WDR62 (MCPH2) et CEP135 (MCPH8). Tous ces gènes jouent un rôle au niveau du cycle cellulaire. Nous avons tenté, au cours de ce doctorat, d’identifier et de caractériser un nouveau gène du locus MCPH4 cartographié au laboratoire et situé sur le bras long du chromosome 15. <p>Dans trois familles MCPH4 originaires de villages voisins du Maroc rural, nous avons affiné la zone de liaison à un segment de 3,7cM, contenant un haplotype commun sur une longueur de 2,7cM suggérant un déséquilibre de liaison autour d’une mutation ancestrale. Le LOD score combiné dans les trois familles était supérieur à 6. Parmi les gènes contenus dans cette région, nous avons sélectionné des candidats que nous avons ensuite analysés par séquençage direct de l’ADN de nos patients. Parmi ces gènes, CASC5 présentait un variant, homozygote chez nos patients, hétérozygote chez leurs parents sains et absent chez 150 contrôles non apparentés. Nous avons utilisé la technologie 454 de séquençage à haut débit de Roche pour séquencer les gènes de l’intervalle de 2.7Mb en une fois. Parmi les mutations identifiées, nous n’avons trouvé qu’une seule variation exonique inconnue qui correspondait à la variation faux-sens déjà identifiée dans le gène CASC5. CASC5 est une protéine centromérique requise pour l’alignement des chromosomes à la métaphase et pour le point de contrôle métaphasique de la progression mitotique. Il était donc potentiellement un très bon candidat causal de la microcéphalie primaire. CASC5 lie directement MIS12, BUB1, BUBR1 et Zwint-1, et fait partie du réseau KMN du kinétochore. Il est nécessaire à l’ancrage des centromères chromosomiques au fuseau mitotique, et est requis pour le contrôle du cycle cellulaire au niveau du Spindle-Assembly Checkpoint.<p>Nous avons ensuite confirmé que la mutation génère un défaut d’épissage chez nos patients consistant en la perte partielle de l’exon 18 dans l’ARNm. La perte de cet exon conduit à un déphasage du cadre de lecture provoquant l’apparition d’un codon STOP prématuré dans l’exon 19. Ceci prédit donc la formation d’une protéine tronquée, ou absente après dégradation par le mécanisme cellulaire de dégradation des ARNm non-sens. Par Western-Blotting nous avons pu révéler, en lignée lymphoblastoïdes, la protéine CASC5 endogène chez tous nos patients, y compris, à notre surprise, chez les sujets atteints. <p>Il est décrit dans la littérature qu’un knockdown de CASC5 provoque un mauvais alignement des chromosomes, une entrée prématurée en mitose et la formation de micronoyaux, conséquence d’un mauvais alignement des chromosomes pendant la métaphase. Les différentes études menées sur le phénotype cellulaire de nos patients en lignées lymphoblastoïdes n’ont pu révéler ces défauts. Notre hypothèse est que l’allèle muté est hypomorphe et que le phénotype cellulaire décrit en boites de culture ne s’observerait in vivo que dans certaines cellules du cerveau en cours de développement.<p>En parallèle de ces travaux, nous avons également contribué à l’identification de la cause d’une microcéphalie primaire syndromique, associée à un diabète insulino-requérant précoce, tansmis sur le mode récessif autosomique et identifié dans une famille d’origine marocaine. Notre laboratoire avait localisé la mutation dans une région de 3 cM du chromosome 4. Parmi les 39 gènes compris dans cette région, nous en avons sélectionné et séquencé plusieurs. Aucun n’a cependant montré de mutation. Un séquençage de l'exome complet de l’un de nos patients, a permis de mettre en évidence une mutation non-sens homozygote dans un gène de l’intervalle critique de liaison. La mutation ségrège avec le phénotype autosomique récessif chez les malades, leurs parents et leurs germains asymptomatiques. L’abondance du transcrit de ce gène a été mesurée en lignées lymphoblastoïdes de patients :il est présent en quantité similaire chez les patients et chez un contrôle non apparenté. <p>En conclusion, notre travail a permis l’identification d’un nouveau gène muté chez des patients atteints de microcéphalie primaire, CASC5, avec un haut degré de preuve de causalité de cette mutation, impliquant ainsi une protéine du réseau KMN du kinétochore dans le développement volumique du cerveau humain. Nous avons par ailleurs contribué à l’identification d’un nouveau gène causant microcéphalie primaire et diabète juvénile, dont le mécanisme biologique est en cours d’investigation.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

INTRODUCTION : Le retard de croissance intra-utérin (RCIU), la prééclampsie (PE) et l’accouchement prématuré (AP) sont d’importantes pathologies de la grossesse fortement associées à un mauvais fonctionnement du placenta, organe central au développement du fœtus. Environ 5-12% de toutes les grossesses sont pathologiques et ces dernières sont associées avec un risque accru de désordres neurodéveloppementaux chez l’enfant. L'inflammation est un point central à toutes les complications de la grossesse et le lien causal entre l’inflammation et ces pathologies a été démontré à l’aide de plusieurs modèles animaux d’inflammation prénatale, menant à des dommages cérébraux chez les nouveau-nés. Cependant, la majorité des modèles utilisent des stimuli infectieux, bien que des pathogènes soient rarement détectés en clinique. Malgré l'absence d'infection détectable, des évidences d'inflammation, telles que des niveaux élevés de cytokines pro-inflammatoires et d’alarmines, sont présentes. Les alarmines sont des médiateurs endogènes et une autre cause d'inflammation de plus en plus associée aux pathologies de la grossesse. L’acide urique est une des alarmines les plus étudiées comme médiateur endogène d’inflammation, mais son effet sur la grossesse est peu connu. Ainsi, mon hypothèse était que l’exposition prénatale particulièrement à l’acide urique serait associée aux complications de la grossesse, serait une cause de dommage placentaire et subséquemment altèrerait le neurodéveloppement fœtal, menant à des dommages cérébraux à long terme chez l’enfant. Mon OBJECTIF général était de comprendre le lien entre inflammation prénatale non-pathogénique, les complications de la grossesse et les effets sur le placenta et le cerveau en développement. Spécifiquement, j’ai déterminé la présence d’inflammation dans les complications majeures de la grossesse puis je me suis concentré sur la PE et l’implication de l’activation immunitaire dans cette pathologie. En parallèle, j’ai établi le lien entre l’inflammation non-pathogénique, les dommages placentaires et le RCIU. Finalement, j’ai évalué le neurodéveloppement après l’exposition in-utero à une inflammation non-pathogénique et j’ai investigué le potentiel d’un nouveau traitement dans mon modèle préclinique. MÉTHODOLOGIES ET RÉSULTATS: J’ai analysé le profil inflammatoire de 200 femmes avec ou sans complications de la grossesse (Ctrl, PE, AP, RCIU) et j’ai démontré que chaque complication présente un profil inflammatoire circulant distinct, particulièrement présent chez les femmes avec PE. De plus, j’ai analysé plus en profondeur les femmes avec PE et observé une augmentation d’acide urique dans la circulation maternelle, en lien avec un profil immunitaire qui était altéré et des changements structuraux au niveau du placenta. Pour déterminer les effets directs de l'acide urique, nous avons utilisé des cultures de trophoblastes primaires, cellule principale du placenta, et des explants placentaires humains. Nous avons démontré que l’acide urique induisait un profil pro-inflammatoire augmentant particulièrement la sécrétion d’IL-1β et d’IL-6 et induisait aussi l'apoptose des trophoblastes. En parallèle, j’ai développé un nouveau modèle préclinique de rates gestantes qui ont été injectées par voie intrapéritonéale avec l’acide urique du temps de gestation 18 (G18) à G21. L’injection d'acide urique in vivo à la fin de la gestation chez le rat a entrainé l’augmentation de cytokines (IL-1β, TNF-α et IL-6) et l’infiltration de cellules immunitaires dans le placenta ainsi qu’un RCIU chez le fœtus qui persistait dans la période postnatale. De plus, les bébés exposés in-utero à l’acide urique avaient une altération neurodéveloppementale caractérisée par l’activation microgliale et astrogliale en plus d’une diminution des capacités motrices. Ces effets de l’acide urique étaient dépendants de l'IL-1β et bloqués par l’antagoniste spécifique du récepteur de l’IL-1 (IL-1Ra). CONCLUSIONS: L’inflammation est associée à toutes les complications de la grossesse, mais les profils diffèrent selon la pathologie étudiée. La PE est associée à des changements immunitaires importants. L'acide urique à l'interface materno-fœtale induit inflammation et altère les fonctions placentaires de façon IL-1-dépendante. Finalement, l’exposition à l’acide urique en fin de gestation chez le rat induit l’inflammation placentaire, le RCIU et altère le développement cérébral des bébés. Un traitement prénatal anti-inflammatoire permet de minimiser l’inflammation et ses effets négatifs sur le cerveau. / INTRODUCTION: Intra-uterine growth restriction (IUGR), preeclampsia (PE) and preterm birth (PTB) are important pathologies of pregnancy strongly associated with poor placental function, a central organ for fetal development. About 5-12% of all pregnancies are pathological and this increases the risk of neurodevelopmental disorders. Inflammation is central to all pregnancy complications and the causal link has been demonstrated with several animal models of prenatal inflammation leading to brain damage in newborns. However, these models use infectious stimuli although pathogens are rarely detected clinically. Despite the absence of detectable infection, evidence of inflammation, such as elevated levels of pro-inflammatory cytokines and alarmins, is observed. Alarmins are endogenous mediators, another cause of inflammation increasingly associated with pathological pregnancies. Uric acid is one of the most studied alarmins, however its effect on pregnancy is mostly unknown. Thus, my hypothesis was that prenatal exposure particularly to uric acid is associated with pregnancy complications and is a cause of placental damage which subsequently impairs fetal neurodevelopment, leading to long-term brain damage in the child. My general OBJECTIVE was to understand the link between non-pathogenic prenatal inflammation, pregnancy complications and its effect on the placenta and the developing brain. Specifically, I detected the presence of inflammation in major pregnancy complications and subsequently focused on PE and its immune activation. In parallel, I established the causal link between non-infectious inflammation, placental damage and IUGR. Finally, I evaluated brain development following in utero inflammation and investigated a therapeutic target in my preclinical model. METHODS AND RESULTS: I analyzed the inflammatory profile of 200 women with or without pregnancy complications (Ctrl, IUGR, PE, PTB) and demonstrated that each complication has a distinct circulating inflammatory profile, particularly in women with PE. In addition, I further analyzed women with PE and observed a uric acid increase in the maternal circulation, related to an altered immune profile and structural changes in the placenta. To determine the direct effects of uric acid, we used cultures of primary trophoblasts, the main cell of the placenta, and human placental explants. We have shown that uric acid induces a pro-inflammatory profile, particularly increasing the secretion of IL-1β and IL-6 and induces apoptosis of trophoblasts. In parallel, I developed a new preclinical model of pregnant rats that were injected intraperitoneally with uric acid from gestation time 18 (G18) to G21. The injection of uric acid at the end of gestation in the rat caused increase cytokines (IL-1β, TNF-α and IL-6), the infiltration of immune cells in the placenta as well as an IUGR in the fetus that persisted into the postnatal period. Additionally, babies exposed to uric acid in utero have neurodevelopmental impairment characterized by microglial and astroglial activation in addition to decreased motor function. These effects of uric acid was dependent on IL-1β and was blocked by the IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra). CONCLUSIONS: Inflammation is associated with all pregnancy complications, however, with different profiles depending on the pathology studied. PE is associated with significant immune changes. Uric acid at the maternal-fetal interface induced inflammation and altered placental functions in an IL-1-dependent manner. Ultimately, exposure to uric acid in late rat pregnancy induced placental inflammation, IUGR, and impaired brain development. Prenatal anti-inflammatory treatment helped minimize inflammation and these negative effects on the brain.

Developmental biology adresses how cells are organised into functional structures and eventually into a whole organism. It is crucial to understand the molecular basis for processes in development, by studying the expression and function of relevant genes and their relationship to each other. A gene function can be studied be creating loss-of-function situations, in which the change in developmental processes is examined in the absense of a functional gene product, or in gain-of-function studies, where a gene product is either intrinsically overproduced or ectopically upregulated. One approach for a loss-of-function situation is the creation of specific mutants in single genes, and the zebrafish (Danio rerio) has proven to be an excellent model organism for this purpose. In this thesis, I report on two forward genetic screens performed to find new mutants affecting brain development, in particular mutants defective in development and function of the midbrain-hindbrain boundary (MHB), an organiser region that patterns the adjacent brain regions of the midbrain and the hindbrain. In the first screen, I could identify 10 specific mutants based on morphology and the analysis of the expression patterns of lim1 and fgf8, genes functioning as early neuronal markers and as a patterning gene, respectively. Three of these mutants lacked an MHB, and by complementation studies, I identified these mutants as being defective in the spg locus. The second screen produced 35 new mutants by screening morphologically and with antibodies against acetylated Tubulin, which marks all axonal scaffolds, and anti-Opsin, which is a marker for photoreceptors in the pineal gland. According to their phenotype, I distributed the mutant lines into 4 phenotypic subgroups, of which the brain morphology group with 18 mutant lines was studied most intensively. In the last part of my thesis, I characterise one of these brain morphology mutants, broken heart. This mutant is defective in axonal outgrowth and locomotion, and shows a striking reduction of serotonergic neurons in the epiphysis and in the raphe nuclei in the hindbrain, structures involved in serotonin and melatonin production. Studies in other model organisms suggested a role of factors from the floor plate and the MHB in induction of the serotonergic neurons in the hindbrain, and using broken heart, I show that Fgf molecules such as Fgf4 and Fgf8 can restore partially the loss of serotonergic neurons in the mutant. I conclude that forward genetic screens are an invaluable tool to generate a pool of mutations in specific genes, which can be used to dissect complex processes in development such as brain development.