Children with focal intractable epilepsy caused by MCD, FCD and TSC are in a high risk of development of cognitive delay, as a result of both drug resistant epilepsy and genetically determined abnormal structure of the neuronal networks. Epilepsy surgery represents an established and safe treatment method of focal drug resistant epilepsy, and increases the chances for these patients to be rid of epileptic seizures, anti-epileptic medication and cognitive comorbidities. Current data on genetic background of focal MCD and FCD and their comorbidities provide space to expand the diagnostic process in epilepsy surgery candidates. However, available information on genetic causes of MCD and FCD do not allow us to infer prognostic estimates on chances of seizure freedom and optimal cognitive development. Future studies should elucidate these uncertainties.

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.

Cortical malformations as a result of altered development are a common cause of human epilepsy. The cellular mechanisms that render neurons of malformed cortex epileptogenic remain unclear. Using a rat model of the malformation of microgyria, a previous study showed an alteration in the number of immunocytochemically-identified parvalbumin cells, a GABAergic inhibitory interneurons subtype (Rosen et al., 1998). A second study showed no change in the total number of GABAergic neurons (Schwarz et al., 2000). Consequently, we hypothesize that interneuron subtypes are differentially affected by maldevelopment. The present study investigated (1) whether interneuron subtype identity is retained in malformed cortex, based on chemical content, and (2) whether the proportion of three chemical subtypes is altered in malformed cortex. Here we demonstrate that three non-overlapping subtype markers remain non-overlapping in malformed cortex, but show altered distributions. These findings suggest that an increase in one subpopulation of interneurons may compensate for a corresponding decrease in a second subset.

Le cortex cérébral primate a subi des modifications majeures pendant l'évolution qui ont permis le développement de fonctions cognitives supérieures. Un accroissement massif a eu lieu avec l'extension spécifique des couches supragranulaires et une forte expansion tangentielle. Le cortex primate ne possède pas uniquement davantage de neurones, comparé au rongeur, mais aussi des différences qualitatives. Ceci suggère des différences qualitatives pendant le développement du cortex.Une zone proliférative corticale supplémentaire a été identifiée chez le singe macaque: la zone subventriculaire externe (OSVZ) supposée être impliquée dans l'expansion du cortex primate. Mais les propriétés des précurseurs de l'OSVZ restent mal connues. Des techniques de microscopie en temps réel et d'immunofluorescence ont permis de réaliser une description exhaustive des précurseurs de l'OSVZ et de leurs propriétés chez le singe macaque.Nos résultats mettent en évidence des différences primates/rongeurs majeures. Les observations en temps réel révèlent des capacités prolifératives bien plus importantes des précurseurs. Les précurseurs primates de l'OSVZ présentent des taux de prolifération variables pendant la corticogenèse liés à la cinétique du cycle cellulaire. Nos enregistrements ont permis la génération d'une grande base de données de propriétés et lignages de précurseurs et la mise en évidence d’une diversité morphologique inattendue. 5 types ont été identifiés. Impliqués dans des lignages complexes, chaque type a la capacité de s'auto-renouveler et de générer directement des neurones. Parallèlement, nous avons développé une méthode de classification non supervisée des précurseurs corticaux. Cette technique a identifié les mêmes 5 types de précurseurs.Les résultats de cette thèse apportent de nouveaux éléments dans la compréhension des spécificités de la corticogenèse primate qui contribuent à l'expansion corticale et au développement de capacités cognitives supérieures. / The primate cerebral cortex underwent major modifications during evolution that enabled the development of high cognitive functions. A massive enlargement occurred with the specific expansion of the supra granular layers and the apparition of new frontal areas. Not only quantitative differences are found compared to the rodent but also qualitative differences. This points to potential qualitative differences in primate cortical development. An extra proliferating zone had already been identified during macaque corticogenesis: the outer subventricular zone (OSVZ). This zone is assumed to play a key role in the expansion of the primate cortex but the cellular and functional properties of OSVZ precursors remain elusive. We used quantitative long-term time-lapse video-microscopy (TLV) and immunofluorescence in and ex vivo to perform a detailed and exhaustive description of OSVZ precursor types and proliferative abilities at different stages of macaque cortical development. Our results highlight major rodent/primate differences. TLV observations revealed a much higher proliferative potential of OSVZ compared to the rodent SVZ. We report variable rates of proliferation linked to cell-cycle duration in a stage-specific manner. TLV recordings allowed the formation of a large database of primate precursor properties and lineages. This dataset unravelled an unexpectedly high diversity of OSVZ precursor morphologies. Five precursor types were identified. Involved in complex lineages, each precursor type can self-renew and directly generate neurons. In a parallel approach, we developed an unbiased clustering tool to automatically classify cortical precursors. This technique returned the same five precursor types as the morphological categorization. The results of this PhD thesis provide new insights into primate specificities during corticogenesis that contribute to cortical expansion and to the development of higher cognitive abilities.

Des mutations hétérozygotes faux-sens dans le gène de la tubuline gamma TUBG1, ont été identifiées dans le contexte des malformations du développement cortical, associées à une déficience intellectuelle et à l'épilepsie. Ici, nous avons étudié par la technique d’électroporation in-utero et par des études in vivo, l’effet de quatre de ces variantes sur le développement cortical. Nous montrons que les mutations dans TUBG1 affectent le positionnement neuronal dans la plaque corticale, en perturbant la locomotion des neurones nouvellement nés, mais sans affecter la neurogenèse. Nous proposons que la γ-tubuline mutante affecte le fonctionnement global de ses complexes, et en particulier leur rôle dans la régulation de la dynamique des microtubules. De plus, nous avons développé un modèle de souris knock-in Tubg1Y92C/+ et évalué les conséquences de la mutation sur le développement cortical, les caractéristiques neuroanatomiques et le comportement. Les souris mutantes présentent une microcéphalie globale, des anomalies du néocortex et de l'hippocampe, des altérations du comportement et une susceptibilité épileptique. Ainsi, nous montrons que les souris Tubg1Y92C/+ miment au moins partiellement le phénotype humain et représentent donc un modèle pertinent pour d'autres investigations de la physiopathologie des malformations du développement cortical. / Missense heterozygous variants in the gamma tubulin gene TUBG1 have been linked to malformations of cortical development, associated with intellectual disability and epilepsy. Here, we investigated through in-utero electroporation and in-vivo studies, how four of these variants affect cortical development. We show that TUBG1 mutants affect neuronal positioning within the cortical wall, by a disrupting the locomotion of newly born neurons but without affecting neurogenesis. We propose that mutant γ-tubulin affects overall functioning of γ-tubulin complexes, and in particular their role in the regulation of microtubule dynamics. Additionally, we developed a knock-in Tubg1Y92C/+ model and assessed consequences of the mutation on cortical development, neuroanatomical features and behaviour. Mutant mice present with global microcephaly, neocortical and hippocampal abnormalities, behavioural alterations and epileptic susceptibility. Thus, we show that Tubg1Y92C/+ mice partially mimic the human phenotype and therefore represent a relevant model for further investigations of the physiopathology of malformations of cortical development.

Orientador: Marilisa Mantovani Guerreiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Ciencias Medicas / Made available in DSpace on 2018-08-07T04:56:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_EcilaPauladosMesquitade_M.pdf: 5362719 bytes, checksum: be0757cf15e62b4a49b979053422be33 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo:Distúrbio específico do desenvolvimento da linguagem (DEDL) se refere à aquisição inadequada da linguagem em crianças que não tenham outras alterações do desenvolvimento, ou seja, o prejuízo no desenvolvimento da linguagem é a principal dificuldade do paciente, mesmo havendo queixas secundárias de menor relevância. O quadro de manifestações lingüísticas de crianças com DEDL pode ser freqüentemente correlacionado com a presença de polimicrogiria perisylviana em exames de neuroimagem (síndrome perisylviana). O objetivo do presente estudo foi investigar famílias de crianças que possuem um quadro de DEDL associado à polimicrogiria e caracterizar as manifestações lingüísticas nos membros (crianças e adultos) dessas famílias, além de correlacionar os achados com exames de neuroimagem. Foram selecionadas três famílias com história de alterações no desenvolvimento da linguagem e com exames de neuroimagem evidenciando polimicrogiria na região sylviana. Os pacientes foram submetidos à avaliação psicológica e fonoaudiológica (audiológica e específica de linguagem). Os nossos dados confirmaram que quadros de alterações específicas de linguagem fazem parte do espectro da síndrome perisylviana; o presente estudo verificou a presença de distúrbios do desenvolvimento de linguagem co-ocorrendo com alterações na leitura e/ou escrita em membros de uma mesma família; os nossos achados mostraram que na síndrome perisylviana, em crianças, observa-se predominantemente alterações na linguagem oral e, em adultos, observa-se predominantemente alterações na linguagem escrita; os nossos resultados confirmaram que sujeitos com envolvimento cortical extenso apresentam manifestações clínicas mais graves, enquanto sujeitos com imagens evidenciando comprometimento cortical posterior e/ou focal apresentam manifestações clínicas mais sutis; ressalta-se finalmente que o exame de ressonância magnética realizado com critério e dirigido para a hipótese diagnóstica, frente a uma criança com atraso na aquisição e desenvolvimento da linguagem associado a sinais clínicos de disfunção oromotora e/ou sinais pseudobulbares é bem indicado / Abstract: Specific language impairment (SLI) refers to inadequate language development in a child without other development disorder, that is, inadequate language acquisition is the main difficulty, even if the child may present with other symptoms. SLI may occur in patients who have polymicrogyria around Sylvian fissure on neuroimaging studies (perisylvian syndrome). The aim of this study was to investigate family members of children with perisylvian syndrome and characterize the linguistic profile found in those families. We selected three families with perisylvian syndrome. Patients underwent a psychological assessment and a comprehensive phonologic evaluation (audiologic evaluation and language evaluation). This study found that SLI and reading/writing impaiment may co-occur in different members of the same family; our data showed that children with perisylvian syndrome present mostly with SLI while adults with perisylvian syndrome present mostly with reading/writing impairment; our results confirmed that clinical picture is correlated with the extent of cerebral involvement; and finally, MRI imaging is indicated when a child has SLI and pseudobulbar signs / Mestrado / Ciencias Biomedicas / Mestre em Ciências Médicas

Le cortex cérébral est composé d’un grand nombre de types de neurones organisés radialement en couches cellulaires et tangentiellement en aires corticales fonctionnellement distinctes. Son développement est régulé par des signaux fonctionnant comme morphogènes sécrétés par des centres organisateurs situés à la périphérie du télencéphale dorsal. Ces morphogènes contrôlent l’expression dans les progéniteurs corticaux de gènes codant pour des facteurs de transcription qui régulent la prolifération, la différenciation et la spécification des progéniteurs corticaux. Les cascades de gènes impliquées dans la mise en place du cortex cérébral dans lesquelles ces signaux et facteurs de transcription interviennent restent cependant actuellement mal connues.<p>Les gènes Dmrt3 et Dmrt5 appartiennent à une famille de gènes fortement conservée évolutivement codant pour des facteurs de transcription à doigt de zinc connus pour leur rôle dans le développement sexuel. Des résultats obtenus dans le laboratoire ayant montré que Dmrt5 joue un rôle crucial dans la neurogenèse au niveau du système olfactif chez le xénope, j’ai voulu savoir, dans un premier temps, si la fonction de Dmrt5 dans la neurogenèse était une fonction ancestrale. Pour répondre à cette question, j’ai recherché des gènes Dmrts chez une espèce de Cnidaire, Nematostella vectensis, et ai étudié leur expression au cours du développement. L’un d’entre-eux, NvDmrtB, est fortement exprimé dans le système nerveux et s’est avéré être requis pour la différenciation des cellules nerveuses chez N. vectensis, suggérant que les gènes Dmrts avaient déjà un rôle dans la neurogenèse dans l’ancêtre commun des Bilatériens et des Cnidaires.<p>Par ailleurs, d’autres travaux ont montré que chez la souris les gènes Dmrt5 et Dmrt3 sont exprimés dans le cerveau en développement au niveau du télencéphale dorsal. Afin d’approcher leur fonction dans le développement cortical, j’ai analysé leur expression au cours du développement embryonnaire, caractérisé les anomalies de développement du cortex cérébral des souris knockout Dmrt5-/- et Dmrt3-/- ainsi que des souris double knockout Dmrt3-/-;Dmrt5-/- et étudié leur régulation. Mes résultats ont montré que Dmrt3 et Dmrt5 sont coexprimés dans les progéniteurs corticaux en gradient avec un maximum d’expression du côté caudo-médian. J’ai également observé que l’absence de Dmrt5 induit une réduction de la taille des vésicules télencéphaliques et que les structures de la partie caudo-médiane du cortex telles que le plexus choroïde et l’hippocampe sont altérées ainsi que les aires visuelle et somato-sensorielle. Au niveau moléculaire, mes résultats ont montré que Dmrt5 est requis pour l’expression de différents gènes codant pour les signaux Wnt et Bmp sécrétés au niveau de la région caudo-médiane des vésicules télencéphaliques, et qu’il contrôle négativement Pax6 et positivement Emx2, des déterminants respectivement de l’identité rostro-latérale et caudo-médiane du cortex cérébral. Bien que la taille des vésicules télencéphaliques n’apparaisse pas affectée chez les souris Dmrt3-/-, l’expression de différents composants de la voie Wnt et celle d'Emx2 et Pax6 est légèrement altérée, comme chez les souris Dmrt5-/-. Chez les souris double knock-out Dmrt3-/-;Dmrt5-/-, une réduction de la taille du cortex et des altérations de l’expression des gènes similaires et plus sévères que celle des souris Dmrt5-/- ont été observées. Nous avons également mis en évidence que l’expression de Dmrt3 est réduite chez les souris Dmrt5-/- et que inversement celle de Dmrt5 est légèrement augmentée chez les souris Dmrt3-/-. Enfin, nous avons observé que l’expression de ces deux gènes est dépendante du facteur de transcription Gli3 et que seul l’expression de Dmrt3 requiert les facteurs de transcription Pax6 et Emx2.<p>Ensemble, nos résultats indiquent que les facteurs de transcription Dmrt5 et Dmrt3 contrôlent le développement de la partie caudo-médiane du cortex, Dmrt5 agissant en amont de Dmrt3. Ils suggèrent également que ces facteurs y joueraient des rôles partiellement redondants en régulant l’expression de cibles communes tels les gènes Wnt3a et Pax6.! / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Mes études doctorales ont permis de démontrer que les souris déficientes en VIP présentent une microcéphalie ayant principalement une origine maternelle qui affecte secondairement le développement de la substance blanche. Cette production placentaire par les lymphocytes T pourrait être affectée dans des pathologies du système immunitaire. De plus, nos données indiquent qu’une déficience en VIP prédispose à l'apparition de troubles sensoriels, en particulier de la nociception. Il est donc possible que les déficits précoces de développement du cerveau murin et l'apparition de l'hypersensibilité cutanée mécanique et thermique froide soient deux facettes d'une même pathologie. Des mesures d'activité de décharge spontanée des neurones dans le thalamus sensoriel chez des mâles adultes anesthésiés ont montré que les neurones des animaux KO sont hyper-excités, ce qui suggère un traitement aberrant des informations, notamment nociceptives, ou que l'activité inhibitrice des interneurones des réseaux locaux est réduite. / The studies carried out during my PhD demonstrate that VIP-deficient mice suffer from microcephaly and as well as white matter deficits mainly due to the absence of maternal VIP during embryogenesis, Placental secretion of VIP is dependent on T lymphocytes and could be altered in pathologies of the immune system. Moreover, our data links VIP deficiency to sensory alterations, specifically, the nociceptive system. Thus, it is possible that early developmental defects and hypersensitivity to mechanical and cold stimuli are two manifestations of the same pathology. This hypothesis was reinforced following analysis of spontaneous firing patterns of neurons in the sensory thalamus of anesthetized adult males. Neurons from VIP-KO mice are hyperactive, which suggests aberrant local processing of nociceptive input or that the inhibitory inputs from local interneuron networks is reduced.

Epilepsy, as the most common chronic neurological disease, affects a significant part of population (0.5-1%). Drug resistant epilepsy has a significant negative effect on the quality of life, psychiatric comorbidities, neurocognitive performance and the risk of SUDEP in children. Therefore, resective epilepsy surgery, the only curative treatment of this condition, can fundamentally reverse this unfavorable prognosis. An inevitable prerequisite for a good postoperative result is complete removal of the epileptogenic zone (EC) and preservation of eloquent areas (EC). At present, even with improving and new preoperative non-invasive methods, we don't have an exclusive diagnostic method for theirs delineation. The aim of this PhD study is to assess benefit of individual intraoperative electrophysiological (iEF) methods in pediatric patients with focal intractable epilepsy. The first study evaluates the importance of intraoperative electrocorticography (iECoG) in the localization of EZ. The study proved that iECoG serves as a reliable tool to guide surgical resection and may predict results of epilepsy surgery. iECoG-based modification of surgical plan is not associated with increased risk of significant complications. The second presented study analyzed the contribution of intraoperative electrical...

No description available.