O núcleo leito da estria terminal (NLET) é uma estrutura límbica envolvida na expressão de respostas relacionadas à ansiedade. O NLET é um dos principais alvos de inervação noradrenérgica no sistema nervoso central e evidências sugerem uma ativação desta neurotransmissão em situações aversivas, em particular aquelas associadas ao medo condicionado. Assim, o presente estudo investigou o envolvimento do sistema noradrenérgico do NLET na modulação de respostas comportamentais e autonômicas induzidas pelo medo condicionado contextual (MCC) em ratos. Animais condicionados apresentaram resposta comportamental (congelamento) e alterações autonômicas, como aumento da pressão arterial média e da frequência cardíaca e queda da temperatura cutânea após serem re-expostos ao contexto previamente pareado com choques nas patas. Esses efeitos foram atenuados pela injeção de L-propranolol e fentolamina, antagonistas não seletivos dos adrenoceptores e , respectivamente, no NLET. Adicionalmente, também foi observado que a administração de WB4101, antagonista seletivo de adrenoceptores 1, e de CGP20712, antagonista seletivo de adrenoceptores 1, no NLET, reduziu a resposta emocional condicionada (REC) contextual, sugerindo que a neurotransmissão noradrenérgica no NLET, através da ativação dos receptores 1 e 1 adrenérgicos estaria envolvida na expressão das respostas induzidas pelo MCC. Além disso, dados da literatura indicam que a ativação dos receptores adrenérgicos 1 no NLET aumenta a liberação de glutamato de forma dependente da ativação de receptores CRF1. Portanto, o presente estudo também investigou uma possível interação entre a neurotransmissão noradrenérgica e os sistemas CRFérgico, glutamatérgico e nitrérgico no NLET sobre a modulação da REC contextual. A administração de reboxetina, um inibidor da recaptação de noradrenalina, aumentou o tempo de congelamento e as respostas autonômicas após reexposição ao contexto aversivo. Esses efeitos foram bloqueados pela administração prévia de antagonista dos adrenoceptores 1 e 1, WB4101 e CGP20712 respectivamente, do antagonista CRF1, CP376395, do antagonista de receptores NMDA, AP7 e do inibidor da óxido nítrico sintase neuronal, NPLA. Similar à reboxetina, a urocortina, um agonista de receptores CRF, aumentou a REC após a re-exposição ao contexto aversivo. Esses efeitos foram bloqueados pelo CP376395 e também pelo AP7 e NPLA, mas não pelo WB4101 e CGP20712. O presente estudo demonstra que o sistema noradrenérgico no NLET está envolvido na REC observada no modelo do MCC de forma dependente da ativação de receptores CRF1 e dos sistemas glutamatérgico e nitrérgico. / The bed nucleus of the stria terminalis (BNST) is a limbic structure that has been associated to the expression of anxiety responses. BNST is one of the main targets of noradrenergic innervation in the central nervous system and evidence suggests an activation of this neurotransmission in aversive situations, particularly fear conditioning. Thus, the present study investigated the involvement of BNST noradrenergic system in modulating of behavioral and autonomic responses induced by contextual fear conditioning (CFC) in rats. The conditioned animals showed significant behavioral response (freezing) and autonomic changes such as increased in mean arterial pressure, heart rate and decreased in the tail temperature after re-exposure to context. These effects were attenuated by intra-BNST injection of L-propranolol and phentolamine, non-selective antagonists of and -adrenoceptors, respectively. Additionally, it was also observed that the administration of WB4101, a selective 1 adrenoceptor antagonist, and CGP20712, selective 1 adrenoceptor antagonist, in the BNST reduced conditioned emotional response (CER), suggesting that the BNST noradrenergic neurotransmission through the activation of adrenergic receptors, especially 1 and 1-adrenergic receptors, is involved in the expression of CER. Moreover, evidence shows that activation of 1 adrenoreceptor increases the release of glutamate by CRF1 receptor activation. Therefore, this study also investigated the involvement of CRF, glutamatergic and nitrergic systems in the noradrenergic neurotransmission modulation of CER induced by CFC. Administration of reboxetine, a norepinephrine reuptake inhibitor, significantly increased freezing behavior and induced autonomic responses after re-exposure to aversive context. These effects were blocked by previous administration of the antagonist of 1 and 1-adrenoceptor, WB4101 and CGP20712 respectively, CRF1 antagonist, CP376395, an NMDA receptor antagonist, AP7, and inhibitor of neuronal nitric oxide synthase, NPLA. Similar to reboxetine, urocortin significantly induced CER. These effects induced by urocortin were blocked by CP376395, NPLA and AP7, but not by CGP20712 and WB4101. The present study demonstrates that BNST noradrenergic system is involved in CER observed in CFC model, possibly interacting with CRF, nitrergic and glutamatergic systems.

A perda de neurônios dopaminérgicos na substância negra é típica na doença de Parkinson (DP) e resulta em hiperexcitabilidade dos neurônios espinais médios advinda de uma neurotransmissão glutamatérgica corticoestriatal anormal, que pode provocar dentre outros danos, déficits motores característicos da doença. Considerando os efeitos neuroprotetores promovidos pelo exercício físico, o objetivo deste estudo foi observar o impacto do exercício realizado a curto e a longo prazo durante a evolução da lesão por 6-OHDA em ratos. As modificações encontradas nesse estudo podem ser relevantes para o circuito corticoestriatal, uma vez que a plasticidade dependente do exercício é capaz de modular a excitabilidade neuronal, reduzindo a hiperexcitabilidade glutamatérgica encontrada na DP. De forma geral, estes resultados suportam os potenciais efeitos do exercício físico em alterar a conectividade sináptica dos circuitos corticoestriatal e nigroestriatal em uma situação de depleção dopaminérgica, e assim, possivelmente modificar a progressão da doença em indivíduos com DP. / The loss of nigral dopaminergic neurons characteristic of Parkinson\'s disease (PD) is responsible for hyperexcitability of medium spinal neurons resulting in abnormal corticostriatal glutamatergic neurotransmission, which can cause, among other alterations, motor deficits typical of that disease. Considering the neuroprotective effects of exercise, the aim of this study was to observe the impact of short and long-term exercise during evolution of the 6-hydroxy-dopamine (6-OHDA) animal model of PD. The modifications found in this study may be relevant for corticostriatal circuits, since the exercise-dependent plasticity can modulate neuronal excitability by reducing glutamatergic hyperexcitability found in PD. Overall, these results reinforce the potential effects of exercise to change synaptic connectivity of corticostriatal and nigrostriatal circuits in a dopaminergic depletion state, and to possibly modify the progression of the disease in patients with PD.

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Ao longo de toda a vida, os progenitores neuronais gerados destinam-se ao bulbo olfat?rio (BO) para onde migram atrav?s da via migrat?ria rostral (RMS). Uma vez no BO, os novos neur?nios se diferenciam em neur?nios GABA?rgicos que integram-se ? circuitaria local. A express?o de GABA inicia ainda na zona germinativa. Essa express?o precoce poderia levar a hip?tese de que estes progenitores j? estariam comprometidos com o fen?tipo GABA?rgico. Por?m, para demonstrar seu comprometimento GABA?rgico, um dos passos necess?rios ? mostrar que a descarboxilase do ?cido glut?mico (GAD), a enzima que sintetiza GABA em neur?nios maduros, est? presente nestas c?lulas. Nesta tese mostramos que a express?o e atividade enzim?tica de GAD, s?o muito baixas na SVZ. Revelamos que o GABA presente em neur?nios imaturos da SVZ prov?m de uma via de s?ntese alternativa, a via da putrescina. Para analisar a import?ncia do GABA proveniente de putrescina para estas c?lulas realizamos a inibi??o farmacol?gica de sua s?ntese atrav?s da administra??o de DFMO. Observamos que o tratamento com DFMO regula positivamente a express?o de GAD na SVZ e RMS. Mostramos tamb?m que os neuroblastos da SVZ que expressam GABA s?o realmente pl?sticos quanto a sua escolha de fen?tipo neuroqu?mico. Quando explantes de SVZ s?o co-cultivados com fatias de telenc?falo embrion?rio dorsal, s?tio de gera??o de neur?nios glutamat?rgicos, uma subpopula??o se diferencia em neur?nios GABA?rgicos e outra menor em glutamat?rgicos. Sugerimos, portanto, que a via da putrescina permite que neur?nios imaturos sintetizem GABA sem, no entanto, haver comprometimento com o fen?tipo GABA?rgico. Esta produ??o de GABA parece ser importante para a migra??o de neuroblastos da SVZ, embora n?o tenhamos tido sucesso em mostrar um papel na prolifera??o com o decr?scimo na produ??o do precursor putrescina. Mostramos que a libera??o de GABA de putrescina parece ter um papel em inibir a express?o de GAD nestes neuroblastos. Em contrapartida, a subregula??o desta sinaliza??o levaria ao comprometimento pelo fen?tipo GABA?rgico. Se mudarmos os sinais apresentados ?s c?lulas da SVZ, como ?queles presentes na VZ do telenc?falo embrion?rio, pelo menos uma de suas subpopula??es ? capaz de mudar seu destino fenot?pico, e diferenciar-se em neur?nios glutamat?rgicos piramidais. / The subventricular zone (SVZ) is proliferative epithelium that continuously gives rise to new neurons in postnatal and adult mammals. The neurons generated in the SVZ migrate through the rostral migratory stream (RMS) where they differentiate in GABAergic interneurons. A characteristic of these neuron precursors is that they start to express GABA while they are still in the SVZ. This fact can lead to the conclusion that at this time they are already commited to the GABAergic phenotype. However, to affirm this one has to show that the origin of GABA in these cells is the same as in mature neurons. One of the most important steps to define GABAergic commitment in neurons is to demonstrate the expression of glutamic acid decarboxylase (GAD), the synthetic enzyme for GABA in mature neurons. Here we show that SVZ cells display low levels of GAD immunocytochemistry and enzyme activity as compared with the olfactory bulb. We also show that these cells are able to synthesize GABA using an alternative source, the putrescine pathway. To test the importance of putrescine made GABA in vivo, we pharmacolgically inhibited putrescine synthesis through DFMO administration. We observed that this treatment lead to an increase of GAD expression in the SVZ and RMS. We also show here that SVZ cells can display phenotypic plasticity. Co-culturing SVZ explants and dorsal telencephalic slices, a spot of glutamatergic neurogenesis, we observed that a subpopulation of SVZ derived neurons differentiated into GABAergic neurons and another into glutamatergic pyramidal neurons. Our working hypothesis is that the putrescine pathway is a mechanism to synthesize GABA without commitment to the GABAergic phenotype. The release of putrescine derived GABA inhibits GAD expression leaving these neuroblasts in an undifferentiated state. The inhibition of putrescine synthesis caused an upregulation of GAD expression which would lead to GABAergic commitment. If we present these neuroblasts with different signals, as those present in the embryonic dorsal telencephalon, they would show plasticity in their phenotypic fate and differentiate into other neurochemical and morphological phenotypes, one of which is the glutamatergic pyramidal neuron.

O núcleo leito da estria terminal (NLET) é uma estrutura límbica envolvida na expressão de respostas relacionadas à ansiedade. O NLET é um dos principais alvos de inervação noradrenérgica no sistema nervoso central e evidências sugerem uma ativação desta neurotransmissão em situações aversivas, em particular aquelas associadas ao medo condicionado. Assim, o presente estudo investigou o envolvimento do sistema noradrenérgico do NLET na modulação de respostas comportamentais e autonômicas induzidas pelo medo condicionado contextual (MCC) em ratos. Animais condicionados apresentaram resposta comportamental (congelamento) e alterações autonômicas, como aumento da pressão arterial média e da frequência cardíaca e queda da temperatura cutânea após serem re-expostos ao contexto previamente pareado com choques nas patas. Esses efeitos foram atenuados pela injeção de L-propranolol e fentolamina, antagonistas não seletivos dos adrenoceptores e , respectivamente, no NLET. Adicionalmente, também foi observado que a administração de WB4101, antagonista seletivo de adrenoceptores 1, e de CGP20712, antagonista seletivo de adrenoceptores 1, no NLET, reduziu a resposta emocional condicionada (REC) contextual, sugerindo que a neurotransmissão noradrenérgica no NLET, através da ativação dos receptores 1 e 1 adrenérgicos estaria envolvida na expressão das respostas induzidas pelo MCC. Além disso, dados da literatura indicam que a ativação dos receptores adrenérgicos 1 no NLET aumenta a liberação de glutamato de forma dependente da ativação de receptores CRF1. Portanto, o presente estudo também investigou uma possível interação entre a neurotransmissão noradrenérgica e os sistemas CRFérgico, glutamatérgico e nitrérgico no NLET sobre a modulação da REC contextual. A administração de reboxetina, um inibidor da recaptação de noradrenalina, aumentou o tempo de congelamento e as respostas autonômicas após reexposição ao contexto aversivo. Esses efeitos foram bloqueados pela administração prévia de antagonista dos adrenoceptores 1 e 1, WB4101 e CGP20712 respectivamente, do antagonista CRF1, CP376395, do antagonista de receptores NMDA, AP7 e do inibidor da óxido nítrico sintase neuronal, NPLA. Similar à reboxetina, a urocortina, um agonista de receptores CRF, aumentou a REC após a re-exposição ao contexto aversivo. Esses efeitos foram bloqueados pelo CP376395 e também pelo AP7 e NPLA, mas não pelo WB4101 e CGP20712. O presente estudo demonstra que o sistema noradrenérgico no NLET está envolvido na REC observada no modelo do MCC de forma dependente da ativação de receptores CRF1 e dos sistemas glutamatérgico e nitrérgico. / The bed nucleus of the stria terminalis (BNST) is a limbic structure that has been associated to the expression of anxiety responses. BNST is one of the main targets of noradrenergic innervation in the central nervous system and evidence suggests an activation of this neurotransmission in aversive situations, particularly fear conditioning. Thus, the present study investigated the involvement of BNST noradrenergic system in modulating of behavioral and autonomic responses induced by contextual fear conditioning (CFC) in rats. The conditioned animals showed significant behavioral response (freezing) and autonomic changes such as increased in mean arterial pressure, heart rate and decreased in the tail temperature after re-exposure to context. These effects were attenuated by intra-BNST injection of L-propranolol and phentolamine, non-selective antagonists of and -adrenoceptors, respectively. Additionally, it was also observed that the administration of WB4101, a selective 1 adrenoceptor antagonist, and CGP20712, selective 1 adrenoceptor antagonist, in the BNST reduced conditioned emotional response (CER), suggesting that the BNST noradrenergic neurotransmission through the activation of adrenergic receptors, especially 1 and 1-adrenergic receptors, is involved in the expression of CER. Moreover, evidence shows that activation of 1 adrenoreceptor increases the release of glutamate by CRF1 receptor activation. Therefore, this study also investigated the involvement of CRF, glutamatergic and nitrergic systems in the noradrenergic neurotransmission modulation of CER induced by CFC. Administration of reboxetine, a norepinephrine reuptake inhibitor, significantly increased freezing behavior and induced autonomic responses after re-exposure to aversive context. These effects were blocked by previous administration of the antagonist of 1 and 1-adrenoceptor, WB4101 and CGP20712 respectively, CRF1 antagonist, CP376395, an NMDA receptor antagonist, AP7, and inhibitor of neuronal nitric oxide synthase, NPLA. Similar to reboxetine, urocortin significantly induced CER. These effects induced by urocortin were blocked by CP376395, NPLA and AP7, but not by CGP20712 and WB4101. The present study demonstrates that BNST noradrenergic system is involved in CER observed in CFC model, possibly interacting with CRF, nitrergic and glutamatergic systems.

Orientadores: Felix Guillermo Reyes Reyes, Claudio Antonio Barbosa de Toledo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-17T12:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Freitas_ThaisFernandaPintodeAlmeida_M.pdf: 1160984 bytes, checksum: b9379e4fd16f451c0710b2ca37537085 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Alimentar-se faz parte da cultura do ser humano nao estando unicamente associado a necessidades fisiologicas. Um alimento e constituido de diversas moleculas dentre elas os aminoacidos. O glutamato (GLU) e o anion de um dos principais aminoacidos encontrados nos alimentos que, alem de fazer parte da composicao dos alimentos, e uma molecula essencial para a fisiologia do ser humano. Pode tambem ser ingerido devido ao uso do aditivo alimentar glutamato monossodico (MSG). O GLU desempenha inumeras funcoes no organismo, dentre elas podemos citar: neurotransmissor excitatorio do sistema nervoso central, precursor de GABA e de aminoacidos como prolina e glutamina. Como neurotransmissor o GLU atua sobre quatro tipos de receptores: ionotropicos (AMPA, Kainato e NMDA) e metabotropicos (mGluR1-mGluR8) divididos em tres grupos de acordo com a sua homologia genetica e mecanismos de acao. Esses receptores estao presentes em praticamente todo o sistema nervoso central (SNC) e em outros orgaos como coracao, pulmao e intestino. O MSG e utilizado como realcador de sabor em todo o mundo, sendo que o descobrimento do gosto basico conferido pelo glutamato propiciou a producao industrial do seu sal, glutamato monossodico. O gosto basico conferido pelo glutamato e denominado de Umami, que traduzido do japones significa gosto bom, delicioso. Existem inumeros estudos sobre o uso do MSG como aditivo alimentar (funcao tecnologica), assim como sobre sua funcao fisiologica e seus efeitos no organismo de mamiferos. Organizacoes internacionais e agencias de regulamentacao de muitos paises tem reportado e/ou avaliado que o uso do MSG como aditivo alimentar e seguro. Todavia, alguns autores tem relatado efeitos adversos no sistema nervoso central (SNC) associados a exposicao ao MSG. Assim, o presente estudo teve como objetivo exibir dado morfologico sobre a localizacao do receptor mGluR8 no nucleo arqueado do hipotalamo (NARC) de ratos Wistar e avaliar o efeito da ingestao de dietas adicionadas de diferentes concentracoes de MSG (0% (controle), 1%, 2,5% e 5%) sobre o mGluR8. Tambem foi avaliado o ganho de peso corporeo entre os grupos de animais alimentados com as dietas adicionadas de diferentes concentracoes de MSG. Para evidenciar a presenca do receptor mGluR8 foi utilizada a tecnica de imunohistoquimica. Para avaliar o ganho de peso corporeo os animais foram pesados semanalmente. Todos os dados, tanto da contagem celular da tecnica de imunohistoquimica quanto da pesagem, foram analisados por analise de variancia. Os resultados obtidos indicam nao haver diferenca significativa (p <0,05) entre os ratos que ingeriram as dietas adicionadas das diferentes concentracoes de MSG, tanto para o ganho de peso corporeo como para a presenca de receptores mGluR8 no nucleo arqueado do hipotalamo (NARC) / Abstract: Food is part of human culture not only associated to physiological needs. Food is composed of several molecules among them amino acids. Glutamate (GLU) is the anion of one of the main amino acids found in foods that, besides being part of the food composition, is a molecule essential for human physiology. It can also be ingested due to the use of the food additive monosodium glutamate (MSG). The GLU performs many functions in the body, among them we could mention: excitatory neurotransmitter in the central nervous system, precursor of GABA and other amino acids such as proline and glutamine. As a neurotransmitter GLU acts on four types of receptors: ionotropic (AMPA, NMDA and kainate) and metabotropic (mGluR1-mGluR8) divided into three groups according to their genetic homology. These receptors are present in nearly all central nervous system (CNS) and other organs such as heart, lung and intestine. MSG is used as a flavor enhancer all over the world. The discovery of the basic taste due to glutamate, led to the industrial production of its salt, monosodium glutamate. The basic taste induced by glutamate is called Umami, which translated from Japanese, means good taste, delicious. There are numerous studies on the use of MSG as a food additive (technological function), as well as its physiological functions and its effects in the organism. International organizations and regulatory agencies of many countries have reported and / or evaluated that the use of MSG as a food additive is safe. However, some authors have reported adverse effects associated with exposure to MSG. Thus, this study aimed to assess the presences of the metabotropic receptor mGluR8 in the arcuate nucleus of the hypothalamus (ARH) of Wistar rats, and to evaluate the effects in the mGluR8 receptor resulting from the dietary intake of different concentrations of MSG (0% [control], 1%, 2 , 5% and 5%) during 90 days. Also, it was evaluated the body weight gain of the rats fed with the diets containing MSG in the different concentrations. To demonstrate the presence of the mGluR8 receptor immunohistochemistry technique was employed, and in order to elucidate the weight gain, the animals were weighed weekly. All the data, cell counts from the immunohistochemistry technique and from the rats weighing, were evaluated by analysis of variance. The results showed no significant difference (p<0.05) for both: body weight gain and the presence of mGluR8 receptors among the animals that were fed with the diets containing the different MSG levels / Mestrado / Engenharia de Alimentos / Mestre em Ciência de Alimentos

L'étude de la dynamique des circuits neuronaux est primordiale pour la compréhension des troubles neurologiques et psychiatriques. Ces processus, classiquement étudiés in vivo ou ex vivo, peuvent être appréhender in vitro grâce à des micro-technologies. Les technologies microfluidiques offrent la possibilité de reconstruire des réseaux de neurones orientés et de manipuler indépendamment les deux populations neuronales ainsi connectées. Dans cette étude, une caractérisation de la mise en place et de la rythmogénèse des réseaux cortico-striataux a été entreprise par imagerie calcique. Par la suite, nous avons démontré que des modifications chroniques des rythmes pré-synaptiques corticaux conduisaient à des phénomènes d¿excitotoxicité trans-synaptique. L'avancée des recherches a montré que les maladies neurodégénératives et psychiatriques pouvaient partager des points communs, notamment des altérations de la transmission synaptique et de l'activité des réseaux de neurones. Pour évaluer ces effets, une modulation de l'expression de Disrupted-In-Schizophrenia-1 a été réalisée dans nos réseaux cortico-striataux. Une altération de la différenciation des neurones striataux a été objectivée mais sans impact sur l'activité rythmique des réseaux neuronaux. Cependant, les expériences de surexpression ont montré la capacité de DISC-1 à participer à la formation des granules de stress, et à recruter dans celles-ci des protéines impliquées dans la transmission synaptique. Au final, ce projet démontre que les réseaux reconstruits in vitro possèdent des caractéristiques similaires aux réseaux in vivo et permettent l'étude de pathologies du système nerveux central. / Neural circuit dynamics need to be elucidated for understanding neurological and psychiatric disorders such as Parkinson's disease and schizophrenia. While this is classically studied in vivo or ex vivo, micro-technological approaches permit “brain-on-chip” models recapitulating some intrinsic neuronal network properties. In this study, parameters of cortico-striatal connection were monitored. Glutamatergic neuronal network activity was monitored using calcium imaging. Dopamine and Dopaminergic receptor 2 agonist decreased firing frequency and disrupted striato-striatal synchrony. Then, we demonstrated that both acute and chronic alterations of cortical neurons activity led to impairment of striatal survival through trans-synaptic degeneration. In psychiatric diseases, network rhythm alterations do not lead to neuronal death but to behavior disorders. To study how those alterations appeared, we investigated the impact of DISC-1 expression modulation on the establishment of cortico-striatal network and its activity. Alteration of DISC-1 expression led to deficits in striatal differentiation processes and seemingly did not drive network rhythms variation. Interestingly, DISC-1 overexpression experiments showed its aggregation in stress granules concomitant with an ability to recruit others proteins involved in synaptic transmission and neuronal plasticity. These results seem to show that DISC-1 could be involved in degenerative processes and not only in psychiatric diseases. The present data demonstrate that cortico-striatal networks reconstructed in a microfluidic environment present characteristics similar to in vivo cortico-striatal networks.

Les Troubles du Spectre Autistique (TSA) affectent un individu sur 100 en France et sont caractérisés par des déficits de la communication et des interactions sociales ainsi que par la présence d’intérêts restreints et de comportements répétitifs. Le laboratoire a démontré l’implication de protéines synaptiques dans le développement des TSA et en particulier celle des protéines SHANK. Ces protéines sont des protéines d’échafaudage présentes au niveau de la densité post-synaptique (PSD) des neurones glutamatergiques et interagissant avec différents partenaires. Dans le cadre de mon projet de thèse, nous nous sommes particulièrement intéressés à la protéine SHANK3. Des mutations au sein du gène SHANK3 ont été détectées chez environ 1 à 2% des patients, selon le degré de sévérité du retard mental. Un déficit de SHANK3 altère le fonctionnement synaptique. En effet, des analyses sur modèles de souris invalidées pour le gène SHANK3 ont montré une diminution de la densité des épines dendritiques, de la taille de la densité post-synaptique et de l’expression des partenaires protéiques de SHANK3. Mon modèle principal d’analyse a consisté en la reprogrammation de fibroblastes en cellules pluripotentes induites (iPSC « induced pluripotent stem cells »). Les iPSCs ont ensuite été sélectivement dérivées en neurones corticaux. Nos études se sont focalisées sur l’analyse des conséquences fonctionnelles de mutations de novo du gène SHANK3 retrouvées chez 4 patients à l’état hétérozygote et présentes au sein de l’exon 21. Ces mutations conduisent à un codon stop prématuré. En parallèle, nous avons obtenu des cellules de 4 individus témoins ne présentant aucun trouble psychiatrique identifié. L’analyse a porté d’une part sur des aspects morphologiques et d’autre part sur des aspects fonctionnels. Nous avons étudié l’effet des mutations sur la maturation et les caractéristiques morphologiques des épines dendritiques. Nous avons établi un protocole permettant une analyse détaillée de la morphologie en 3D des épines dendritiques et suivi leur maturation. Un résultat majeur est l’observation d’une diminution de la densité des épines sur les dendrites des neurones pyramidaux issus des patients par rapport aux témoins. Comme attendu, la maturation des épines n’est pas complètement achevée mais varie peu dans son évolution d’un individu à l’autre (témoins vs. patients). Nous avons poursuivi ces études par deux approches fonctionnelles : l’imagerie calcique et des études d’électrophysiologie. Les données électrophysiologiques sont en cours d’analyse. En conclusion, nous avons pu obtenir des cultures de neurones corticaux glutamatergiques et les maintenir en culture durant 40 jours pour effectuer différentes analyses à un stade de maturation suffisant pour la mise en évidence de phénotypes morphologiques et fonctionnels. Nous avons principalement observé une diminution de des densités synaptiques et de maturation des épines dendritiques au sein des neurones issus de patients liée à des altérations d’oscillations calciques spontanées. / Autism Spectrum Disorders (ASD) is a neurodevelopmental disorder affecting 1% of population ; characterised by impairments in social interaction and reciprocal communication as well as repetitive and stereotyped behaviors. The work of the laboratory lead to the identification of several genes associated with ASD, among which genes of the synaptic pathway such as SHANK. The SHANK proteins are scaffolding proteins of the post-synaptic density (PSD) of glutamatergic neurons and interact with several partners. In my thesis project, we were particularly interested in SHANK3 mutations. First, Shank3 mutations represent up to 2.12% of ASD cases with moderate to high ID. A SHANK3 deficit leads to the alteration of the synaptic functioning. Indeed, studies of mice KO for SHANK3 gene showed a decrease of the dendritic spines density, of the PSD size and of the expression of SHANK3 partners. My principal model of analysis consisted in the reprogrammation of fibroblasts into induced pluripotent stem cells (iPSCs). Then, the iPSCs were selectively derived into cortical neurons. Our studies were focus on the analysis of functional consequences of SHANK3 de novo mutations found within 4 patients. These mutations are heterozygous and within the exon 21. They result in a premature stop codon. In parallel, we obtained cells from 4 healthy individuals. The work was about the morphological and functional aspects. We analysed the mutations effects on the maturation and morphological caracteristics of the dendritic spines. We finalized a protocol that enabled a detailed analysis of the spine dendritic 3D morphology and their maturation follow-up. A important result was the observation of a decrease of the spine density on pyramidal neurons dendrites from patients compared to those from controls. Moreover, spines maturation was not fully accomplished but was not much different in its evolution between individuals (controls vs patients). Then, we used two functional skills : calcium imaging and electrophysiological experiments. The electrophysiological data are in progress. To conclude, we succeeded in the obtention of glutamatergic cortical neurons and to maintain them in culture during 40 days in order to realize some analysis at a sufficient maturation stage to observe morphological and functional phenotypes. We mainly observed a decrease of the dendritic spines density and maturation for the neurons from patients, with alterations of the spontaneous calcium oscillations.

L’évaluation de biomarqueurs et de thérapies innovantes pour la maladie d’Alzheimer (MA) souffre de la mauvaise compréhension des phases initiales de la maladie mais également du manque de modèles animaux pertinents et proches de la physiopathologie humaine. La majorité des modèles rongeurs disponibles reproduisent en seulement quelques mois les lésions classiques de la MA telles que les plaques amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires (DNF), alors que leur apparition prend des années chez l’Homme. L’objectif de mon travail de doctorat a été de développer une nouvelle stratégie de modélisation des phases précoces de la MA sans surexpression majeure de transgène. Pour cela, nous avons utilisé le co-transfert des gènes humains APPSL et PS1M146L à l’aide de vecteurs viraux dans l’hippocampe de souris et de rats de 8 semaines. Nous avons caractérisé ces modèles et montré une production de peptides, comme le betaCTF ou l’abeta?42 issus du clivage de l’APP, similaire à ce que l’on observe dans l’hippocampe de patients atteints de la MA. Nous avons également montré une hyperphosphorylation de Tau et une défaillance synaptique caractérisée par une diminution des niveaux de PSD-95 et GLT-1 ainsi que par une augmentation du courant tonique glutamatergique. Ces modifications ont enfin été associées à des défauts comportementaux. Mes résultats suggèrent que de nombreux évènements apparaissent bien avant la formation des plaques amyloïdes ou des DNFs et conduisent à une perturbation de la synapse et à l’apparition précoce de défauts comportementaux. Nous disposons donc d’outils relevants quant à la compréhension des premiers stades de la MA qui permettront à la fois de tester de nouveaux composés médicaments sur ces modèles à large fenêtre thérapeutique, et de découvrir de nouveaux biomarqueurs précoces dans le plasma et le liquide cérébro-spinal. / Evaluation of biomarkers and new innovative therapies for Alzheimer's disease (AD) suffers from a misunderstanding of early phases and lack of appropriate animal models close to the human physiopathology. Most available rodent models reproduce hallmarks of AD such as amyloid plaques and neurofibrillary tangles in a few months, while it takes many years to be achieved in human. My PhD work consisted to develop a new modelling strategy of AD early phases without major overexpression of transgenes. To do so, we used gene transfer of human APPSL and PS1M146L using viral vectors injection in the hippocampus of 8 weeks old mice and rats. We characterized these models and showed peptides production, such as betaCTF and abeta42 from APP processing, similar to what is observed in AD patients hippocampi. We also highlighted a hyperphosphorylation of Tau followed by a synaptic failure characterized by a decrease of PSD-95 and GLT-1 levels and by an increase of the tonic current mediated by glutamate. These changes have been finally associated with behavioral deficits. My results suggest that many events appear well before the formation of amyloid plaques or tangles and lead to the disruption of the synapse and the early onset of behavioral defects. Thus, we now have relevant tools to understand the early stages of AD, which will allow us to test new drug compounds on these models with a wide therapeutic window and discover new early biomarkers in plasma and cerebrospinal fluid.

o óxido nítrico tem sido apontado como um importante fator de desenvolvimento neural, participando ativamente como sinalizador espacial durante o processo de refinamento sináptico. Avaliamos nesse estudo a participação do óxido nítrico durante esse processo em tectos ópticos de embriões de pintos (Gallus gallus). Para tal avaliamos a imunorreatividade dos neurônios para as proteínas que formam os receptores colinérgicos e glutamatérgicos em diferentes fases do desenvolvimento embrionário, com e sem o bloqueio farmacológico da enzima de síntese do óxido nítrico (NOS). Durante o desenvolvimento embrionário, as subunidades GluR2/3 dos receptores glutamatérgicos são as que aparecem mais precocemente, no 6°dia de desenvolvimento embrionário (E6), juntamente com os neurônios imunorreativos para NOS e somente a partir de E8 é possível identificar a arquitetura laminar típica do tecto óptico.O bloqueio farmacológico da NOS mostrou diferentes padrões de marcação dependendo do tempo de sobrevida do animal. Em animais eutanasiados 24 h após o bloqueio farmacológico observou-se uma alteração na organização das camadas e no padrão radial de organização dos neurônios imunorreativos. Esse dado sugere que haja um atraso no refinamento sináptico, que se reflete em desorganização das camadas do tecto e alterações morfológicas nos neurônios. / O óxido nítrico tem sido apontado como um importante fator de desenvolvimento neural, participando ativamente como sinalizador espacial durante o processo de refinamento sináptico. Avaliamos nesse estudo a participação do óxido nítrico durante esse processo em tectos ópticos de embriões de pintos (Gallus gallus). Para tal avaliamos a imunorreatividade dos neurônios para as proteínas que formam os receptores colinérgicos e glutamatérgicos em diferentes fases do desenvolvimento embrionário, com e sem o bloqueio farmacológico da enzima de síntese do óxido nítrico (NOS). Durante o desenvolvimento embrionário, as subunidades GluR2/3 dos receptores glutamatérgicos são as que aparecem mais precocemente, no 6°dia de desenvolvimento embrionário (E6), juntamente com os neurônios imunorreativos para NOS e somente a partir de E8 é possível identificar a arquitetura laminar típica do tecto óptico.O bloqueio farmacológico da NOS mostrou diferentes padrões de marcação dependendo do tempo de sobrevida do animal. Em animais eutanasiados 24 h após o bloqueio farmacológico observou-se uma alteração na organização das camadas e no padrão radial de organização dos neurônios imunorreativos. Esse dado sugere que haja um atraso no refinamento sináptico, que se reflete em desorganização das camadas do tecto e alteração morfológicas nos neurônios.

Neuralgia trigeminal (NT) é um tipo de dor neuropática orofacial intensa e debilitante sentida ao longo do nervo trigêmeo. Seu diagnóstico é meramente clínico, sem exames específicos, o que dificulta a presteza e eficácia do tratamento. O sintoma mais característico é alodínia mecânica relacionada à sensibilização central. Seu tratamento é farmacológico e/ou cirúrgico, no entanto pode trazer poucos benefícios e/ou importantes efeitos colaterais sem a garantia de remissão total dos sintomas. No tratamento farmacológico, os anticonvulsivantes são fármacos de primeira linha de tratamento, mas também são obtidas respostas de melhora com o uso de fármacos ansiolíticos e opioides. A dificuldade no tratamento da NT se deve, em parte, à falta de compreensão dos mecanismos envolvidos na geração da dor; sendo, desta forma, imprescindível a busca de um melhor entendimento da fisiopatologia da NT buscando identificar as vias envolvidas no processo de dor. Sendo assim, o objetivo deste estudo foi avaliar o possível envolvimento das vias gabaérgica, glutamatérgica e opioidérgica na fisiopatogenia de um modelo de neuralgia trigeminal em ratos. A resposta nociceptiva dos animais foi avaliada por meio do teste de von Frey eletrônicoantes e após a administração de agonistas gabaérgicos e opioidérgico e de antagonista glutamatérgico. Além da a resposta nociceptiva, foram avaliados os níveis de fator neurotrófico derivado do cérebro (BDNF) em gânglio trigeminal, tronco encefálico e córtex pré-frontal. Todos os procedimentos experimentais foram realizados na Unidade de Experimentação Animal (UEA), Unidade de Análises Moleculares e de Proteínas (UAMP) do Hospital de Clínicas de Porto Alegre (HCPA). A indução da dor neuropática foi por constrição crônica do nervo infraorbitário (CCI-ION) proposto por Imamura em 1997 adaptado (Imamura Y., Kawamoto H., Nakanishi O. Charactherization of heat-hiperalgesia in experimental trigeminal neuropathy in rats. Exp Brain Res, 1997; 116: 97-103.). Para isso foram utilizados 112 ratos Wistar, machos divididos para o procedimento cirúrgico em 3 grupos: Controle Total, Dor e Sham. Quatorze dias após o procedimento cirúrgico, tempo necessário para o desenvolvimento da dor neuropática, realizamos dois protocolos e dividimos os grupos em: protocolo 1: controle veículo, cirurgia sham veículo, cirurgia sham agonista benzodiazepínico, cirurgia sham antagonista glutamatérgico, dor veículo, dor agonista benzodiazepínico, dor antagonista glutamatérgico; protocolo 2: controle veículo, cirurgia sham veículo, cirurgia sham agonista gabaérgico, cirurgia sham agonista opioidérgico, dor veículo, dor agonista gabaérgico, dor agonista opioidérgico. Os animais dos grupos sham sofreram apenas incisão cirúrgica, sem constrição do nervo. Durante o procedimento cirúrgico a indução anestésica foi feita com cetamina (50mg/kg) e xilazina (5mg/kg) e a manutenção, com isoflurano 2-3%. O controle da dor pós-operatória foi obtido com cloridrato de tramadol (10mg/kg) no intervalo de 12h por 48h. A resposta hiperalgésica mecânica (von Frey) foi avaliada antes da indução do modelo (medida basal), 7 e 14 dias após cirurgia, pré-administração dos fármacos, 15,30 e 60 minutos após administração dos fármacos: veículo - solução salina; agonista benzodiazepínico – diazepam (2 mg/kg); antagonista glutamatérgico - MK- 801 (0,25mg/Kg), agonista opioidérgico – morfina (5,0 mg/kg) e agonista gabaérgico – fenobarbital (100mg/kg). Os dados foram analisados por Equações Estimativas Generalizadas e expressos em média+EPM. Todos os procedimentos foram aprovados pelo CEUA/HCPA e CEUA/UFRGS sob número: 14-0604 e 29310, respectivamente. Inicialmente foram realizados testes para verificação do modelo de dor, foi observado que 14 dias após cirurgia de constrição do nervo infraorbitário, os animais do grupo dor apresentaram redução nos limiares de retirada da face no teste de von Frey facial comparado aos grupos controle e sham [GEE: interação grupo x tempo (Waldχ2=15,81; 2, P<0,05)]. Após o estabelecimento do modelo, foram realizados testes nociceptivos para avaliação das vias envolvidas na neuralgia trigeminal, observou-se interação grupo x tempo (Wald _2=175,74;18, P<0,01). No protocolo 1, os animais do grupo dor que receberam agonista benzodiazepínico (diazepam) apresentaram aumento no limiar nociceptivo a partir de 15 minutos após administração e este resultado permaneceu por até 60 minutos. Os animais do grupo dor que receberam antagonista glutamatérgico (MK-801) apresentaram aumento no limiar de retirada da face somente na avaliação realizada 60 minutos após a administração do fármaco. No protocolo 2, análise estatística mostrou interação entre as variáveis tempo x grupo (Wald χ2=657,53;18, P<0,01), os animais do grupo dor que receberam fenobarbital apresentaram aumento no limiar nociceptivo a partir de 15 minutos após administração e este resultado permaneceu por até 60 minutos. Por outro lado, os animais que receberam morfina apresentaram um aumento no limiar nociceptivo significativamente maior que os animais que receberam fenobarbital, no entanto ambos os fármacos reverteram a hiperalgesia induzida pela exposição ao modelo de dor. Na análise bioquímica, em córtex e tronco encefálico foi observado aumento nos níveis de BDNF tanto nos animais submetidos ao modelo de NT quanto aos que foram expostos a cirurgia sham (ANOVA de uma via/SNK, F(2,22)=13,46; F(2,25)=6,08, P<0,05, respectivamente. Em nível periférico foi observado aumento nos níveis de BDNF em gânglio trigeminal nos animais submetidos ao modelo de NT (ANOVA de uma via/SNK,F(2,22)=4,09; P<0,05). Em soro não foi observada diferença nos níveis de BDNF entre os grupos (ANOVA de uma via, P>0,05). Com base nos resultados encontrados, este estudo sugere que há o envolvimento das vias gabaérgica, glutamatérgica e opioidergica no processamento da dor neuropática orofacial (neuralgia trigeminal) sugerindo que há funcionalidade dos receptores testados. No entanto, estes agonistas gabaérgicos não induziram analgesia nos animais controles e cirurgia sham sugerindo uma alteração na liberação ou na síntese de GABA nos animais com NT. Neste estudo, não foram realizadas análises de expressão e quantificação de receptores, apenas avaliou-se a resposta nociceptiva e os níveis de BDNF centrais e periféricos. De acordo com estes achados a via gabaérgica teve uma resposta mais rápida que a via glutamatérgica. Alguns estudos demonstram que os receptores glutamatérgicos estão localizados em fibras não mielinizadas na periferia isto pode justificar o atraso na resposta dos animais que receberam antagonista glutamatérgico em nosso estudo. Quanto aos níveis de BDNF observamos que há um aumento desta neurotrofina nos animais submetidos ao modelo de NT sugerindo um envolvimento deste neuromodulador em eventos neuroplásticos da NT. / Trigeminal neuralgia (TN) is a type of intense and debilitating orofacial neuropathic pain felt along the trigeminal nerve. The diagnosis is purely clinical, without specific tests, which makes the promptness and effectiveness of treatment. The most characteristic symptom is mechanical allodynia related to central sensitization. Its treatment is pharmacological and / or surgical treatment, however can bring few benefits and / or significant side effects without the guarantee of complete remission of symptoms. In drug treatment, the anticonvulsant drug are first-line treatment, but also enhances responses are obtained with the use of anxiolytic drugs and opioids. The difficulty in treating NT is due in part to the lack of understanding of the mechanisms involved in the generation of pain; It is thus essential to search for a better understanding of the pathophysiology NT seeking to identify the pathways involved in pain process. Thus, the aim of this study was to evaluate the possible involvement of GABAergic pathways, glutamatergic and opioidergic in the pathogenesis of a model of trigeminal neuralgia in rats. The nociceptive response of the animals was assessed using the von Frey test eletrônicoantes and after administration of opioid agonists and GABAergic and glutamatergic antagonist. In the nociceptive response was evaluated derived neurotrophic factor levels in the brain (BDNF) in the trigeminal ganglia, brainstem, and prefrontal cortex. All experimental procedures were performed in the Animal Experimentation Unit (UEA), Unit of Analysis and Molecular Protein (UAMP) Porto Alegre Clinical Hospital (HCPA). The induction of neuropathic pain was by chronic constriction of the infraorbital nerve (CCI-ION) proposed by Imamura in 1997 adapted. For that they were used 112 male Wistar rats divided into the surgical procedure into 3 groups: Full Control, Pain and Sham. Fourteen days after surgery, time required for the development of neuropathic pain, performed two protocols and divided groups: Protocol 1: vehicle control, sham surgery vehicle, sham surgery benzodiazepine agonist, sham surgery glutamatergic antagonist, vehicle pain, agonist benzodiazepine pain and antagonist glutamatergic pain. Protocol 2: vehicle control, vehicle sham surgery, sham surgery gabaergic agonist, sham surgery opioid agonist, vehicle pain, gabaergic agonist pain, opioid agonist pain. The animals of the sham group underwent only surgical incision without nerve constriction. During surgery anesthesia was induced with ketamine (50 mg / kg) and xylazine (5 mg / kg) and maintained with isoflurane 2-3%. The control of postoperative pain has been obtained with tramadol hydrochloride (10mg / kg) at 12h intervals for 48 hours. The mechanical hyperalgesic response (von Frey) was assessed before induction model (baseline measurement), 7 and 14 days after surgery, pre-administration of drugs, 15,30 and 60 minutes after drug administration: Vehicle - saline; benzodiazepine agonist - diazepam (2 mg / kg); glutamatergic antagonist - MK-801 (0.25mg / kg), opioid agonist - Morphine (5.0 mg / kg) and gabaergic agonist - phenobarbital (100 mg / kg). Data were analyzed by Equation Generalised Estimates and expressed as mean ± SEM. All procedures were approved by CEUA / HCPA and CEUA / UFRGS under number: 14-0604 and 29310, respectively. Initially tests were carried out to verify the pain model, it was observed that 14 days after infraorbital nerve constriction surgery, animals pain group showed a reduction in the face withdrawal thresholds to von Frey facial test compared to control and sham groups [ GEE: group x time interaction (Wald 2 = 15.81; 2, P <0.05)]. After the model category, nociceptive tests were performed to assess the pathways involved in the trigeminal neuralgia, observed group x time interaction (Wald _2 = 175.74; 18 P <0.01). In protocol 1, the animals in the group who received pain benzodiazepine agonist (diazepam) showed an increase in nociceptive threshold from 15 minutes after administration and this result remained for up to 60 minutes. Animals of group pain that received glutamate antagonist (MK-801) showed an increase in the withdrawal threshold of the face only in the assessment was performed 60 minutes after drug administration. In protocol 2, statistical analysis showed interaction between the variables time x group (Wald χ2 = 657.53; 18, P <0.01), the animals showed increased nociceptive threshold from 15 minutes after administration of phenobarbital and morphine and this result remained for up to 60 minutes. On the other hand, animals receiving morphine showed an increased nociceptive threshold significantly higher in the animals receiving phenobarbital, however both drugs reversed hyperalgesia induced by exposure to pain model. In biochemical analysis, cortex and brainstem was observed increase in BDNF levels in both animals subjected to NT model and those who were exposed to sham surgery (one-way ANOVA / SNK, F (2,22) = 13.46 ;. F (2,25) = 6.08, P <0.05, respectively, at the peripheral level increase was observed in BDNF levels in trigeminal ganglion of animals subjected to the NT model (one-way ANOVA / SNK F ( 2,22) = 4.09; P <. 0.05). In serum was no difference in BDNF levels between groups (one-way ANOVA, P> 0.05) based on the results, this study. suggests that there is involvement of gabaergic pathways, glutamatergic and opioidergic processing orofacial neuropathic pain (trigeminal neuralgia) suggesting that there is functionality of the tested receptors. However, these GABAergic agonists did not induce analgesia in control animals and sham surgery suggesting a change in release or GABA synthesis in animals with NT. in this study, were not realized expression analysis and quantification of receptors, only evaluated the nociceptive response and the central and peripheral levels of BDNF. According to these findings, gabaergic pathways had a faster response than glutamatergic pathways. Some studies have shown that glutamate receptors are located in non-myelinated fibers in the periphery that can justify the delay in the animals that received glutamatergic antagonist in our study. As for BDNF levels we observed that there is an increase of this neurotrophin in animals subjected to NT model suggesting an involvement of this neuromodulator in neuroplastic events NT.