Thesis (M.A.)--The University of North Carolina at Greensboro, 2008. / Directed by Thomas Kwapil; submitted to the Dept. of Psychology. Title from PDF t.p. (viewed Jan. 28, 2010). Includes bibliographical references (p. ).

Long-term adrenalectomy (ADX) results in a specific loss of dentate gyrus granule cells in the hippocampus of adult rats, occurring over a period of weeks to months. This loss of granule cells results in cognitive deficits in a number of tasks that depend on intact hippocampal function. The gradual nature of ADX-induced cell death and the ensuing deficits in cognition are similar to those experienced by patient populations suffering from a variety of pathological conditions. Here we present an animal model by which we use ADX to produce a loss of granule cells within the hippocampus of rats. We also provide experimental evidence for a treatment strategy by which the lost granule cells may be replaced, with the goal of functional recovery in mind. / xii, 191 leaves : ill. (chiefly col.) ; 28 cm

Les circuits neuronaux peuvent générer une panoplie de rythmes. Nous pouvons séparer les mécanismes de création de ces rythmes en deux grands types. Le premier consiste de circuits contrôlés par des cellules « pacemakers », ayant une activité rythmique intrinsèque, comme dans le ganglion stomatogastique des crustacés. Le deuxième consiste de circuits multi-neuronaux connectés par un réseau synaptique qui permet une activité rythmique sans la présence de neurones pacemakers, tel que démontré pour les circuits de la nage chez plusieurs vertébrés. Malgré nos connaissances des mécanismes de rhythmogénèse chez les vertébrés adultes, les mécanismes de la création et la maturation de ces circuits locomoteurs chez les embryons restent encore inconnus. Nous avons étudié cette question à l’aide du poisson-zébré où les embryons débutent leur activité motrice par des contractions spontanées alternantes à 17 heures post-fertilisation (hpf). Des études ont démontré que cette activité spontanée n’est pas sensible aux antagonistes de la transmission synaptique chimique et ne requiert pas le rhombencéphale. Après 28 hpf, les embryons commencent à nager et se propulser en réponse au toucher. Des études antérieures on démontré que l’apparition de la nage nécessite le rhombencéphale et la transmission synaptique chimique. Cette thèse explore la possibilité que ces changements comportementaux représentent la progression d’un circuit contrôle par un pacemaker à un circuit ou le rythme provient d’un circuit distribué. En mesurant le groupement des contractions de l’activité spontanée, plutôt que la fréquence moyenne, nous avons découvert une nouvelle forme d’activité spontanée qui débute à 22 hpf. Cette activité consiste de deux contractions alternantes à succession très rapide. Contrairement à l’activité spontanée présente dès 17 hpf cette nouvelle forme d’activité requiert le rhombencéphale et la transmission synaptique chimique, comme démontré pour la nage qui apparait à 28 hpf. Cette forme de comportement intermédiaire représente potentiellement une étape transitoire lors de la maturation des circuits moteurs. / Neuronal circuits are capable of generating diverse forms of rhythmic activity. Mechanisms underlying rhythmogenesis can be separated into two main groups. First, pacemaker central pattern generators (CPGs) are composed of neurons that have intrinsic oscillatory properties, such as the lobster stomatogastric ganglion. Second, CPGs driven by network-based dynamics rely on synapse-mediated cell properties, such as locomotion in aquatic vertebrates. Despite an existing wealth of knowledge obtained through studying frog and lamprey swimming CPGs, the means by which a locomotor CPG develops remains elusive. Here, we propose to address this question using the zebrafish embryo, for its rapid development, optical transparency and stereotyped behaviour. Motor activity in zebrafish embryos begins with spontaneous activity around 17 hours post-fertilization (hpf). Studies have shown that this activity is not sensitive to antagonists of chemical neurotransmission, and does not require the hindbrain. By 28 hpf, they become able to swim, and generate low-amplitude alternating contractions at a rate of 30 Hz. This study explores the developmental window between the onset of motility and the onset of a mature locomotor output, such as swimming, with the objective of uncovering key steps in motor network maturation. By measuring the grouping of contractions rather than overall frequency of spontaneous activity, we uncovered a novel form of spontaneous activity, starting around 22 hpf. This activity consists of two alternating contractions in rapid succession. In contrast to early spontaneous activity, this motor activity requires glutamatergic neurotransmission and input from the hindbrain, as previously shown for swimming at 28 hpf. This intermediate behavior may reveal an important step in the maturation of the motor network.

L'holoprosencéphalie (HPE) est une maladie rare due à une anomalie du développement précoce du prosencéphale. Les gènes impliqués appartiennent à des voies de signalisation cruciales pour le développement embryonnaire telles que les Nodal, Shh et Fgf. Des mutations de ces gènes n'expliquent que 30% des cas d'HPE. Différentes stratégies ont été mises en œuvre pour déterminer de nouveaux gènes responsables de l'HPE. Récemment, des délétions du gène DLL1, un ligand du récepteur Notch ont été identifiées chez des patients HPE. L'objectif de mon travail de thèse était de tester l'hypothèse d'un rôle de la voie Notch au cours du développement précoce du prosencéphale. Dans ce but, une inhibition de la voie Notch a été réalisée en utilisant une culture ex ovo d'embryon de poulet. Grâce à cela, j'ai pu identifier une activité de la voie Notch au niveau de l'hypothalamus présomptif, une structure ventrale du cerveau antérieur. Une approche transcriptomique a ensuite permis d'identifier les dérégulations survenant lors de l'inhibition pharmacologique de la voie Notch. Les expressions des cibles trancriptionnelles de la voie Notch telles que Hes5, Hey1, Ascl1 ou Nhlh1 m'ont permis de suggérer un modèle d'action par inhibition latérale lors de la neurogénèse de l'hypothalamus en développement. Les données transcriptomiques générées m'ont permis d'identifier de nouveaux gènes marqueurs de l'hypothalamus dont l'expression est sous l'influence de la voie Notch. Nos résultats suggèrent que ces gènes appartiennent à une boucle de régulation comprenant la voie Notch et des facteurs de neurogénèse tels que les gènes proneuraux. Mon travail a également permis de montrer que l'expression du gène majeur de l'HPE, le gène Shh, requérait une activité de la voie Notch précisément au niveau de l'hypothalamus. En conclusion, mes résultats montrent que la voie Notch contribue au développement précoce du cerveau. Ce constat ajoute un autre niveau de complexité à l'apparition de l'HPE et apporte de nouveaux arguments en faveur d'un modèle « multi-hit » pour cette pathologie. / Holoprosencephaly (HPE) is a rare disease corresponding to a failure of early prosencephalon development. Genes involved in HPE, belong to crucial signalling pathways for embryonic development as Nodal, Shh and Fgf. Mutations in these genes could explain only 30% of HPE cases. Different strategies were used to identify new genes in HPE. Recently, deletions of DLL1, a ligand of Notch receptor, have been identified in HPE patients. The aim of my thesis was to test hypothesis that Notch pathway has a role during the early prosencephalon development. First, I performed a pharmacological inhibition of Notch pathway in embryos that were cultured ex ovo. Thus, I could identify Notch activity at the level of primordium hypothalamus, a ventral structure of prosencephalon. Then, transcriptomic analyses were performed to identify deregulations occurring during Notch inhibition. Expressions of well known transcriptional targets of Notch pathway, Hes5, Hey1, Ascl1 and Nhlh1, indicated that Notch pathway might act by lateral inhibition in the neurogenesis of developing hypothalamus. From transcriptomic data, we identified novel markers of developing hypothalamus that will be regulated by Notch pathway. Our results suggest that these novel genes could be involved in the regulatory loop associating with Notch pathway and proneural genes. Then, I demonstrated that Notch activity is required to maintain Shh expression, a major gene involved in HPE, particularly in the hypothalamus. To conclude, adding the Notch pathway in the signalling pathway network involved in prosencephalon development, we provide other complexity level in the HPE appearance. Thus, these results support the hypothesis of a « multi-hit » model of HPE.

\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Au cours de la différenciation neuronale, les gènes proneuraux induisent l'expression de nombreux gènes appartenant à différentes familles. Deux de ces familles constituent l'intérêt de cette étude à savoir les facteurs de transcription à doigts à zinc Myt/NZF et IA1/INSM1. Chez le xénope, il a été démontré que XMyT1 coopère avec les facteurs bHLH afin d'induire la neurogenèse de manière insensible à la voie de signalisation Delta/Notch (Bellefroid et al. 1996). Son mode d'action n'est pas connu et nécessite d'être approfondi afin de mieux comprendre son rôle au cours de la neurogenèse. Lors d'expériences utilisant un gène rapporteur, la protéine XMyT1 a été décrite comme activateur de la transcription tandis que la protéine orthologue NZF3 chez le rat se comporte comme répresseur de la transcription (Yee et al. 1998). Récemment, il a été rapporté que les protéines NZF1 et NZF2 chez la souris interagissent avec le corépresseur Sin3& / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

A la suite d’un criblage in silico nous avons identifié un nouveau gène codant pour une protéine à domaine BTB-POZ, XBTBD6.<p>Nous avons déterminé que la protéine XBTBD6 est une protéine cytoplasmique. Dans les cellules Hela, CHO, U2OS et COS7 la protéine XBTBD6 est localisée dans des corpuscules cytoplasmiques, localisation similaire à celle des protéines XBTBD3, HBTBD1 et HBTBD2. Nous avons observé que la partie N-terminale de la protéine, contenant le domaine BTB-POZ, est localisée dans la cellule comme la protéine entière ;par contre la partie C-terminale est exclusivement nucléaire. De plus, nous avons observé que XBTBD6 est localisée de façon diffuse dans le cytoplasme des cellules Neuro2A, 9L et 518A2e. Nous avons montré que la protéine XBTBD6 homodimérise et hétérodimérise avec XBTBD3 et XBTBD2 et qu’elle interagit avec l’ubiquitine ligase E3 XCullin 3. L’ensemble de ces interactions nécessite la présence du domaine BTB-POZ. Ces données montrent que les protéines BTBD6, BTBD3, BTBD1 et BTBD2 possèdent des propriétés communes indiquant qu’elles appartiennent à un sous groupe de la famille des protéines à domaine BTB-POZ.<p>Le profil d’expression a été analysé par la technique de protection à la RNAse et par hybridation in situ. Les résultats montrent que ce gène est fortement exprimé dans le système nerveux adulte et embryonnaire. Des expériences de surexpression par micro-injection d’ARNm ont permis de placer le gène XBTBD6 dans la cascade d’activation des gènes proneuraux en aval de XNgnr-1, XNeuroD, Xath3 et Xebf3. Ces résultats montrent que XBTBD6 est un marqueur neuronal chez le xénope. <p>Au cours de l’étude de la fonction du gène XBTBD6, nous avons montré que la surexpression et la perte de fonction de ce gène dans l’embryon de xénope n’induit pas de variation du nombre de neurones dans la plaque neurale. Par contre nous avons observé que la surexpression du gène XBTBD6 dans des cellules Neuro2A en différentiation régule négativement la croissance des neurites.<p>Nous avons élaboré un modèle de fonctionnement biochimique hypothétique où la protéine XBTBD6 fonctionnerait comme protéine adaptatrice dans un complexe d’ubiquitination permettant l’ubiquitination d’une protéine cible. Nous avons recherché les partenaires potentiels de XBTBD6 en utilisant la technique du double hybride en levure mais sans y parvenir.<p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie moléculaire / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Early life adversity (ELA) produces long lasting developmental changes to the postnatal brain, increasing predisposition to a number of physical and psychiatric disorders. The mechanisms through which ELA is able to create lasting detrimental changes to neuronal development remains unclear. This thesis tested the hypothesis that increases in fear generalization, a common symptom in psychiatric disorders, follows ELA exposure in age dependent and sexually dimorphic ways in alignment with the findings of clinical studies. The effects of ELA often impact fear circuitry and we confirmed, using electrophysiology and tissue imaging, that 5-HT circuitry from the median raphe nucleus (MRN), integral to fear response, was impaired following ELA. Using a transgenic mouse model that allows for modulation of serotonergic release, we showed that circumventing serotonergic pathways disrupted by ELA and increasing whole brain 5-HT release was enough to rescue hippocampal dependent fear responses and fear generalization. Involvement of the hippocampus in ELA effects, particularly the ventral dentate gyrus (vDG), in fear overgeneralization was confirmed as hyperactivity in thevDG following exposure to novel contexts was rescued by increased 5-HT release. In addition to ELA-induced hyperactivity of the vDG, known to potentiate stress susceptibility, I demonstrated that ELA resulted in an increase in passive coping strategies, HPA axis dysfunction and elevated stress hormone release. These effects were seen predominantly in adult females and rescued in those with increased 5-HT release. Together these data suggest that increased predisposition to psychiatric disorders following ELA exposure involves the disruption of fear circuitry regulated by 5-HT activity. Identifying the underlying circuits altered by ELA not only provides insight about disrupted postnatal brain development, but also increases our knowledge of the timeline, trajectory and factors affecting healthy postnatal brain development.

Experiencing early life adversity (ELA) increases the risk of anxiety disorders, such as generalized anxiety disorder and post-traumatic stress disorder, with disproportionally higher risk in women compared to men. Neurodevelopmental and behavioral outcomes following ELA are multifaceted and are influenced heavily by the type of adversity experienced and sex of the individual. A major contributor to emotional dysfunction and anxiety disorders resulting from ELA are changes in fear and threat circuitry. Children who experienced ELA have been reported to show an accelerated development of the amygdala, a region involved in processing threat, and greater cerebrospinal levels of corticotrophin releasing hormone (Crh), an orchestrator of neuroendocrine and behavioral responses to stress. Work in rodents have linked Crh signaling within the lateral central amygdala (CeAL) with processing and responding to threat, core features disrupted in anxiety-related disorders. Further, sex biases in risk and symptom presentation have been proposed to be related to sexual dimorphic signaling of Crh across the brain that differentially influence a variety of Crh-dependent behaviors. However, it remains unclear what properties of ELA portend differential neurobiological risk, what is the basis of sex-differences for negative outcomes, and how specific mechanistic changes give rise to certain endophenotypes. In this work, I use genetic, cellular, and behavioral approaches to explore the impact of ELA and sex on perinatal development in mice and the functional consequences of altered Crh neuron activity in the CeAL on threat responding in adulthood. In Chapter 1, I review how factors such as sex and type of ELA influence amygdala development and Crh. In Chapter 2, I assess the impact of two forms of ELA, maternal separation (MS) and limited bedding and nesting (LBN) on perinatal development and anxiety-like behavior. Both forms of ELA shifted the timing of somatic maturation and basal CORT levels and led to increased anxiety-like behaviors, but the degree of the impact depended on the sex and type of adversity experienced. In Chapter 3, I demonstrate that a distinguishing feature between types of ELA was the predictability of maternal care. The type of ELA also contributed to sex-differences in Crh related gene expression in the perinatal amygdala. Increased expression was primarily observed in males following MS and in females following LBN. In Chapter 4, I investigate the functional consequences of ELA in the form of LBN on the activity of CeALCrh+ neurons in vivo and their causal role in threat reactivity indexed by the startle response. LBN rearing led to sustained activity of CeALCrh+ in female mice but diminished in male mice. Persistent activity of this population was necessary for and predicted the magnitude of startle responding. In Chapter 5, I discuss important considerations when integrating new advancements in the study of ELA and the use of sex as a biological variable. Collectively, this work deepens our understanding of the neurobiological mechanisms impacted by sex and ELA and holds promise for future strategies that may consider the sex and specific experiences of the individual to target specific endophenotypes and address the underlying root causes of anxiety disorders.

Au cours de ce travail de thèse, nous avons abordé l’étude des gènes BTBD6 et Dmrt5 au cours du développement embryonnaire en utilisant les avantages complémentaires de plusieurs organismes modèles.<p>\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished