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Thesis (Ph. D.)--Case Western Reserve University, 2006. / [School of Medicine] Department of Biochemistry. Includes bibliographical references. Available online via OhioLINK's ETD Center.

Coffin-Lowry Syndrome (CLS), an X-linked form of intellectual disability, is caused by mutations of the RPS6KA3 gene encoding the growth factor regulated kinase RSK2. To understand the consequences of RSK2 deficiency in the hippocampus we performed a comparison of the hippocampal gene expression profiles from Rsk2-KO and WT mice. It revealed differentialexpression of 100 genes, encoding proteins acting in various biological pathways. We further analyzed the consequences of deregulation of one of these genes, Gria2 encoding GluR2, a subunit of the glutamate AMPAR. An abnormal two-fold increased expression of GluR2 was found in the hippocampus of Rsk2-KO mice. Electrophysiology studies showed a reduction of basal AMPAR and NMDAR mediated transmission, in the hippocampus of Rsk2-KO mice. Activity of ERK1/2 was also abnormally increased in the adult hippocampus of Rsk2-KO mice. P-Sp1 level was also significantly higher in RSK2 deficient cells. Together, my results suggested that over expression of GluR2 in RSK2 deficient cells, is caused by increased Sp1 transcriptional activity on the Gria2 gene, which, itself, is the result of ERK1/2 increased signaling.

Le syndrome de Coffin-Lowry (CLS), une déficience intellectuelle liée à l'X, est causée par des mutations du gène RPS6KA3 codant pour la kinase RSK2 régulée par les facteurs de croissance.Pour comprendre les conséquences du déficit en RSK2 dans l'hippocampe nous avons effectué une comparaison des profils d'expression génique d'hippocampes de souris Rsk2-KO et WT. Elle a révélé l'expression différentielle de 100 gènes, codant pour des protéines agissant dans divers processus biologiques. Nous avons analysé les conséquences de la dérégulation de l'un de ces gènes Gria2 codant pour GluR2, une sous-unité du récepteur glutamate AMPA. Un niveau d'expression doublé de GluR2 a été relevé dans l'hippocampe des souris Rsk2-KO et les études électrophysiologiques y ont révélé une réduction des transmissions AMPAR et NMDAR. L’activité de ERK1/2 était aussi anormalement augmentée dans l'hippocampe des souris Rsk2-KO, ainsi que le niveau de P-Sp1. Ensemble, mes résultats ont suggéré que la surexpression de GluR2 dans les neurones déficients en RSK2, était causée par une augmentation de l'activité transcriptionnelle de Sp1 sur le gène Gria2, qui, elle-même, est le résultat de l’augmentation anormale de l’activité de ERK1 / 2. / Coffin–Lowry Syndrome (CLS), an X-linked form of intellectual disability, is caused by mutations of the RPS6KA3 gene encoding the growth factor regulated kinase RSK2. To understand the consequences of RSK2 deficiency in the hippocampus we performed a comparison of the hippocampal gene expression profiles from Rsk2-KO and WT mice. It revealed differential expression of 100 genes, encoding proteins acting in various biological pathways. We further analyzed the consequences of deregulation of one of these genes, Gria2 encoding GluR2, a subunit of the glutamate AMPAR. An abnormal two-fold increased expression of GluR2 was found in the hippocampus of Rsk2-KO mice. Electrophysiology studies showed a reduction of basal AMPAR and NMDAR mediated transmission, in the hippocampus of Rsk2-KO mice. Activity of ERK1/2 was also abnormally increased in the adult hippocampus of Rsk2-KO mice. P-Sp1 level was also significantly higher in RSK2 deficient cells. Together, my results suggested that over expression of GluR2 in RSK2 deficient cells, is caused by increased Sp1 transcriptional activity on the Gria2 gene, which, itself, is the result of ERK1/2 increased signaling.

Le syndrome de Coffin Lowry est une forme syndromique rare de déficience intellectuelle liée au chromosome X. Ce syndrome est dû à des mutations du gène Rsk2 codant la protéine kinase RSK2 dans la voie de signalisation des MAPK/ERK. La caractérisation phénotypique du modèle murin Rsk2-KO a principalement mis en évidence un retard d’acquisition ainsi qu’un déficit de mémoire spatiale à long terme, suggérant une altération des fonctions hippocampiques. Nous avons montré que les souris Rsk2-KO présentent également des déficits dans une forme d’apprentissage et de mémoire mettant en jeu la fonction de séparation de patterns dépendante du gyrus denté. Plusieurs études montrent que la genèse de nouveaux neurones dans le gyrus denté chez l’adulte constitue une forme de plasticité jouant un rôle important dans l’apprentissage et la mémoire dépendante de l’hippocampe, en particulier dans les tâches spatiales et de séparation de patterns. En raison des déficits observés chez les souris Rsk2-KO, nous nous sommes intéressés à la neurogenèse adulte chez ce modèle murin. Aucune différence de prolifération, de survie ou de maturation n’a été observée dans le gyrus denté des souris Rsk2-KO à l’état basal, ni après une tâche de séparation de patterns. Cependant, nous avons observé un déficit de survie des nouvelles cellules chez les souris Rsk2-KO après apprentissage dans la piscine de Morris. La littérature montre que l’enrichissement environnemental a des effets bénéfiques sur les performances cognitives des rongeurs et est notamment capable d’augmenter la neurogenèse adulte hippocampique. Nous avons donc analysé les effets de l’enrichissement sur les performances comportementales et la neurogenèse adulte des souris Rsk2-KO. Nos résultats montrent qu’un protocole d’enrichissement environnemental de 3 heures par jours durant 24 jours est capable de compenser ou d’améliorer les performances des souris Rsk2-KO dans les tâches de mémoire spatiale et de séparation de patterns et aussi d’augmenter la neurogenèse hippocampique adulte. / The Coffin-Lowry Syndrome is a rare syndromic form of X-linked intellectual disability. This syndrome is caused by mutations of the Rsk2 gene that encodes a protein kinase, RSK2, in the MAPK/ERK signaling pathway. Characterization of the behavioural phenotype of Rsk2-KO mice mainly showed that they display delayed acquisition and long-term deficits in a spatial reference memory task, suggesting an alteration in hippocampal function. Here, we show that Rsk2-KO mice are also deficient in a learning and memory task that involves dentate gyrus-dependent pattern separation function. Several studies showed the formation of new neurons in the adult dentate gyrus by neurogenesis is a form of plasticity that plays a significant role in hippocampal-dependent learning and memory, in particular for spatial learning and memory and pattern separation. As these functions are altered in Rsk2-KO mice, we studied hippocampal adult neurogenesis in these mice. No difference in proliferation, survival and maturation of newborn neurons was found in the dentate gyrus of the mutant mice in basal conditions, nor after a pattern separation task. However, we found a deficit in the survival of newborn cells in Rsk2-KO mice submitted to spatial learning and memory in the Morris water maze task. According to several studies, environmental enrichment in rodents has beneficial effects on cognitive performance and is associated with an enhancement of adult hippocampal neurogenesis. Thus, we assessed the potential effect of environmental enrichment on spatial learning and memory performance and adult hippocampal neurogenesis in Rsk2-KO mice. Our results show that an environmental enrichment protocol of 3h per day during 24 days can rescue or ameliorate spatial learning and memory performance and pattern separation function in Rsk2-KO mice and increase adult hippocampal neurogenesis.