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Bien que les mécanismes moléculaires précis à l’origine de la neurodégénérescence dopaminergique ne soient pas encore totalement connus, un ensemble de preuves épidémiologiques, cliniques et expérimentales indiquent que la neuroinflammation peut avoir un rôle important dans la pathogenèse de la MP. L’étude des liens spatio-temporels entre la neuroinflammation et la neurodégénérescence au cours de la MP pourrait améliorer la compréhension du mécanisme physiopathologique et aussi l'accessibilité à un diagnostic précoce et/ou à de nouvelles approches thérapeutiques anti-inflammatoires. Le développement actuel des méthodes non invasives d'imagerie moléculaire permettant la surveillance directe du processus de neuroinflammation devrait être utile à cet effet. La cible moléculaire de choix dans ce domaine est la protéine de 18 kDa translocateur (TSPO), biomarqueur sensible associée à la neuroinflammation, qui est surexprimé dans les microglies activées. Dans le travail présenté ici nous avons réalisé l'évaluation longitudinale des deux mécanismes physiopathologiques en parallèle avec les modifications de la fonction dopaminergique à plusieurs points au cours du temps après lésion à la 6-OHDA chez le rat, modèle qui imite un stade précoce de la MP. Après l'administration unilatérale, intra-striatale de la 6-OHDA, nous avons quantifié l'évolution temporelle de la TSPO, de l’immunoréactivité TH et du DAT dans le striatum et la SNC de 3 à 56 jours post-lésion (jpl). L’augmentation de la liaison des ligands de la TSPO utilisés, c-à-d [3H]-PK11195 et [125I]-CLINDE, a été observée dans le striatum lésé à 3, 7 et 14 jpl, suivie d'un retour progressif à un niveau basal à 56 jpl. Le profil de liaison dans la SNC a montré une augmentation progressive de la fixation qui débute à 3 jpl, avec un pic à 14 jpl, et diminue progressivement jusqu'à ce que 56 jpl. Dans ce modèle de rongeur de la MP, les processus neuroinflammatoire et neurodégénératif surviennent de façon concomitante. La présence transitoire de l'activation microgliale pourrait être impliquée dans l’apparition et l'installation durable de la perte neuronale dopaminergique. Cette étude confirme donc le lien entre la neuroinflammation et de la neurodégénérescence et met aussi l'accent sur l'intérêt du CLINDE comme traceur potentiel de la neuroinflammation in-vivo en fournissant des informations précieuses pour le diagnostic précoce et le suivi longitudinal de la progression de la maladie, avec des applications potentielles chez l'homme. En effet, la détection précoce de la neuroinflammation, de façon antérieure à une perte neuronale cliniquement significative, pourrait devenir un enjeu majeur dans la prise en charge pré-symptomatique de la MP. Dans ce sens, nous mettons en évidence l’existence d'une fenêtre thérapeutique, survenant juste après la lésion, qui peut être proposé pour l'introduction de traitements anti-inflammatoires qui viseraient à ralentir le processus neurodégénératif. La poursuite de l’exploration des relations entre la neuroinflammation et la neurodégénéréscence in-vivo dans le même modèle animal avec la méthode d’imagerie micro-TEP, transposable à l’homme, en utilisant en parallèle le [18F]-DPA714 pour la TSPO et le [18F]-LBT999 pour le DAT est en cours. / Although the precise molecular mechanisms causing the dopaminergic neurodegeneration are still not totally understood, a body of epidemiological, clinical and experimental evidence indicates that neuroinflammation may have an important role in the pathogenesis of PD. Study of spatio-temporal links between neuroinflammation and neurodegeneration during the course of PD would improve understanding of the physiopathological mechanism and also accessibility to early diagnosis and/or new antiinflammatory therapeutic approaches. The current development of non-invasive molecular imaging methods allowing direct monitoring of the neuroinflammation process should be valuable for this purpose. The molecular target of choice in this field is the 18 kDa translocator protein (TSPO), a sensitive biomarker associated with neuroinflammation, which is over-expressed in activated microglia. In the study presented here we achieved the longitudinal evaluation of both physiopayhological mechanisms in parallel with the modifications of dopaminergic function at several time-points after 6-OHDA lesion in the rat that mimics an early stage of PD. After unilateral intra-striatal 6-OHDA administration, we quantified the temporal evolution of the TSPO, TH immunoreactivity and DAT in the striatum and the SNc from 3 to 56 days post-lesion (dpl). Increased binding of TSPO ligands used, i.e. [3H]PK11195 and [125I]CLINDE, was observed in the lesioned striatum at 3, 7 and 14 dpl, followed by a progressive return to the basal level at 56 dpl. The binding profile in the SNc showed progressive binding beginning at 3 dpl, peaking at 14 dpl, and progressively decreasing until 56 dpl. In this rodent model of PD, the neuroinflammatory and neurodegenerative processes occurred concomitantly. The transitory occurrence of microglial activation could be involved in the advent and the lasting installation of dopaminergic neuron loss. This study supports the link between neuroinflammation and neurodegeneration and emphasizes the interest of CLINDE as potent in vivo tracer of neuroinflammation by providing valuable information for early diagnosis and longitudinal follow-up of disease progression, with potential applications to human patients. Indeed, early detection of neuroinflammation, prior to a clinically significant loss of neurons, could become a major issue in the management of pre-symptomatic PD. To support this idea, we demonstrate the existence of a therapeutic window, occurring just after the lesion, which may be proposed for the introduction of anti-inflammatory treatments that aimed to slow the neurodegenerative process. Further exploration of the relationship between neuroinflammation and neurodegeneration in vivo in the same animal model with the method of micro-PET imaging, transposable to humans, using in parallel the [18F]-DPA714 for TSPO and [18F]-LBT999 for DAT is pending.

P53 est un facteur de transcription qui se décline, chez l’homme, la souris ou la drosophile, en plusieurs isoformes. Chez la drosophile deux isoformes ont été caractérisées : la forme canonique Dp53 ; et une forme tronquée, D∆Np53, dont le domaine de transactivation est incomplet. Une des questions encore peu étudiée, concerne les mécanismes par lesquels p53 régule une grande variété de réponses cellulaires lors d’un stress. Pour répondre à cette question, nous avons étudié le rôle des isoformes de p53 dans la régulation de deux mécanismes antagoniste en lien avec la maladie de Parkinson (MP) : l’autophagie et l’apoptose en réponse à un stress délétère et un stress hormétique du système nerveux. Nous avons montré que les drosophiles portant une mutation nulle de p53 sont plus sensibles aux effets du paraquat (fort stress oxydant, modèle chimique de la maladie de Parkinson). En absence de p53, ce stress cause une forte inhibition de l’initiation et du flux de l’autophagie accompagné d’une augmentation des niveaux de caspases et de la mortalité. L’augmentation de la mortalité et des niveaux de caspases est similaire chez des mutants de l’autophagie pour lesquels le flux d’autophagie est constitutivement altéré. D’autre part, nous avons montré que les deux isoformes de p53 (Dp53 et D∆Np53) régulent différemment l’apoptose et l’autophagie dans les neurones photorécepteurs de drosophile : l’isoforme Dp53 présente un flux autophagique fonctionnel retardant la neurodégénérescence, tandis que, l’isoforme D∆Np53 inhibe le flux d’autophagie via l’activation des caspases Dcp1, Drice et Dronc. Enfin, nous avons établi un lien entre p53 et le stress du réticulum endoplasmique (RE). Dans un premier temps nous avons montré qu’un stress modéré du RE (pré-conditionnement) a un effet protecteur dépendant de l’activation de l’autophagie dans différents modèles de la MD. Ensuite, nous avons montré que les trois banches de la réponse au stress du RE (IRE1, Atf6 et PERK) sont impliquées dans cet effet protecteur. Enfin, nous avons montré que les drosophiles mutantes pour p53 perdent l’effet protecteur du pré-conditionnement. L’ensemble de nos résultats apporte de nouveaux éléments sur l’aspect multifonctionnel de p53 en réponse à un stress dans le système nerveux. Via ses multiples isoformes, p53 peut activer deux réponses antagonistes : l’autophagie et l’apoptose, permettant aux cellules une réponse flexible face à une situation de stress. La régulation de l’autophagie par p53 est protectrice et apparait comme étant une fonction ancestrale de p53. / P53 is a tumor suppressor gene, which has been showed to regulate several cellular pathways. Upon stress, p53 triggers multiple cellular pathways including DNA repair system, cell cycle arrest, apoptosis and autophagy. Thus, p53 is involved in both cellular protection and death pathways. One of the major questions is to understand how a single protein can promote so many different pathways. Here I address the putative role of p53 isoforms in the regulation of autophagy and apoptosis and their role in neuron survival in the context of Parkinson’s disease (PD). We show that p53 mutants are more susceptible to paraquat toxicity (chemical model of PD), indicating a protective role for p53. We also found that Atg8 mutant, which display an impaired autophagy, behave similarly to p53 upon paraquat treatment. In addition, we show that p53 is required for the activation of autophagy with a functional autophagy flux upon paraquat treatment and that lack of p53 or Atg8 results in an accumulation of activated caspases after paraquat treatment. Moreover, we found that autophagy and apoptosis were differentially regulated by different p53 isoforms. The Dp53 (p53B) isoform induced protective autophagy, whereas the D∆Np53 (p53A) isoform inhibited autophagy by activating the caspases Dronc, Drice and Dcp-1 in differentiated neurons. Our results demonstrate that a combination of the differential use of p53 isoforms and the antagonism between apoptosis and autophagy favors the generation of an appropriate p53 biological response to stress. In addition, we have defined in vitro and in vivo experimental conditions in which the activation of the Unfolded Protein Response (UPR) does not induce cell or organism lethality but rather promotes an adaptive response that protects from apoptotic stimuli. We show that this mild activation, known as ER-preconditioning is protective in several models of PD in an autophagy-dependent fashion. We showed that the three branches of the UPR are involved in the protective effect induced by ER-preconditioning. We then demonstrated that p53 is necessary to mediate the protection by ER-preconditioning suggesting that p53 may be a key factor in the integration of stress responses. Together our results reveal new aspects of the multi-functionality of p53. Activation of the antagonist pathways: autophagy and apoptosis by p53 isoforms, leads to flexible and adaptive response to stress. In addition, our results suggest that the regulation of autophagy by p53 is a ancestral protective function of p53.

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur le développement d'un système de surveillance ambulatoire pour la détection de la dyskinésie induite par la Levodopa (LID) chez les patients de la maladie de Parkinson (PD). Le système est composé d’unités de mesure inertielle (IMUs) qui recueillent des signaux de mouvement chez des sujets sains et des patients parkinsoniens. Des méthodes différentes sont évaluées pour la détection de LID avec et sans classification des activités. Les données recueillies auprès des sujets sains sont utilisées pour concevoir un classificateur d'activité fiable. Par la suite, un algorithme qui effectue la classification des activités et la détection de la dyskinésie sur les données recueillies auprès de des patients parkinsoniens est proposé. Une nouvelle approche basée sur l'analyse de réseau complexe est également explorée et présente des résultats intéressants. Les méthodes de traitement développées ont été intégrées dans une plateforme complète d’analyse nommée PARADYSE. / The work presented in this thesis is concerned with the development of an ambulatory monitoring system for the detection of Levodopa Induced Dyskinesia (LID) in Parkinson’s disease (PD) patients. The system is composed of Inertial Measurement Units (IMUs) that collect movement signals from healthy individuals and PD patients. Different methods are evaluated which consist of LID detection with and without activity classification. Data collected from healthy individuals is used to design a reliable activity classifier. Following that, an algorithm that performs activity classification and dyskinesia detection on data collected from PD patients is tested. A new approach based on complex network analysis is also explored and presents interesting results. The evaluated analysis methods are incorporated into a platform PARADYSE in order to further advance the system’s capabilities.

Les avancées récentes dans la technique de transgénèse utilisant l’approche AAV ont permis de générer de nouveaux modèles animaux. Depuis quelques années, le développement des modèles de la maladie de Parkinson (MP) a amélioré la compréhension des mécanismes physiopathologiques de ce trouble dégénératif. Cependant, aucun modèle mammifère ne reproduit à ce jour la neurodégénérescence liée à l’âge associée à la pathologie synucléine et la symptomatologie motrice et non motrice. L’objectif de mon travail de thèse fut de développer de nouvelles stratégies de transgénèse chez le rat en utilisant ces vecteurs viraux pour la modélisation de la MP. Le challenge est de parvenir à une infection virale la plus précoce possible afin de transduire un maximum de neurones dopaminergiques. Pour cela, différentes voies d’approche ont été testées pour améliorer le processus de transgénèse : 1) l’injection de vecteurs viraux dans le rete testis de jeunes mâles pour transduire les cellules de la lignée germinale, 2) l’injection dans les embryons pré-implantatoires, 3) l’injection in utero intracérébroventriculaire et enfin 4) l’injection intracardiaque au premier jour de vie des animaux. Parmi elles, les injections in utero et intracardiaques ont permis d’aboutir à une transduction importante d’un grand nombre de structures cérébrales avec un tropisme neuronal. Ces techniques ouvrent la voie à la génération de nouveaux modèles animaux de maladies à composante génétique et à la thérapie génique. / Recent advances in the transgenesis technique using the AAV approach have led to the generation of new animal models. In recent years, the development of models of Parkinson's disease (PD) has improved understanding of the pathophysiological mechanisms of this degenerative pathology. However, no mammalian model recapitulates the required age-dependant parkinsonian degeneration, the α-synuclein inclusion pathology and motor and non-motor symptoms. The objective of my Ph.D work was to develop new transgenesis strategies in rats using these viral vectors for modeling PD. The challenge is to achieve a viral infection as early as possible in order to transduce as many dopaminergic neurons as possible. To this end, different strategies have been tested to improve transgenesis efficacy : i) injection in rete testis in young male to transduce germinal cells, ii) injection into early stage embryos, iii) in utero intracerebroventricular injection and iv) intracardiac injection in one day-old animals. Among them, in utero and intracardiac injections led to neuronal transgene expression in most regions of the brain. These techniques pave the way for the generation of new animal models of genetic diseases and offer unique opportunities for gene therapy.

Nous avons pris le parti pour cette thèse d'étudier en Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle deux éléments sémiologiques de la maladie de Parkinson : les mouvements en miroir et l'akinésie. Ces deux phénomènes reflètent une plasticité cérébrale anormale dans cette maladie. Notre première expérience révèle que les mouvements en miroir chez les patients parkinsoniens sont contemporains 1/ d'un défaut d'inhibition, notamment réactive. 2/ de nombreuses hyperactivations, pouvant refléter soit un recrutement compensateur soit une perte délétère de la sélectivité de l'activation corticale. La deuxième expérience s'intéresse à une autre forme d'inhibition, l'inhibition proactive. Nos résultats révèlent que les structures participant au contrôle moteur proactif et notamment le précuneus et les cortex cingulaires postérieur et antérieur sont modulés par le système noradrénergiques chez le sujet sain. Dans une troisième expérience nous avons appliqué ce protocole expérimental à des sujets parkinsoniens. La comparaison avec les données issues de la première expérience révèlent 1/ que les sujets parkinsoniens ont une implémentation anormale du réseau d'inhibition proactive avec une difficulté à se placer en condition de déverrouillage moteur. Ce phénomène pourrait allonger le temps de réaction et participer à l'akinésie. 2/ que l'administration de clonidine renforce encore ce phénomène, en agissant sur les structures antérieures du réseau d'inhibition proactive (cortex cingulaire antérieur et cortex préfrontal dorsomédial). Tous ensembles ces résultats suggèrent une plasticité anormale dans la maladie de Parkinson sousjacente aux mouvements en miroir et à l'akinésie. Celle-ci se traduit 1/ par des défauts d'inhibition, notamment réactive, favorisant l'apparition de mouvements parasites, les mouvements en miroir, 2/ par un renforcement pathologique de l'inhibition proactive qui pourrait participer à l'allongement du temps de réaction et à l'akinésie. La découverte d'une modulation noradrénergique de ce réseau ouvre des portes thérapeutiques nouvelles dans l akinésie parkinsonienne mais également dans l'impulsivité dont certains composants, notamment moteur, semblent être liés à l'inhibition proactive / Mirror movements and akinesia can be both found during Parkinson’s disease. Although very different, they may both reflect an abnormal cerebral plasticity during the disease and the perturbation of the motor inhibitory control. This work reveals that mirror movements are linked to a1/ disruption of the reactive inhibitory control and 2/ to the overactivation of numerous cortical areas. The latter could be the result of a compensatory recruitment aiming at improving the movement. But they could as well reflect a deleterious loss of cerebral activation specificity during Parkinson’s disease. The second experience shows that in healthy subject, the proactive inhibitory control is underpinned by the noradrenergic system. Last but not least the third part of this work reveals an abnormal implementation of the proactive inhibitory control in Parkinson’s disease and suggests its involvement in akinesia. Brought together these results suggest that an abnormal plasticity phenomenon underlies the mirror movements and the akinesia in Parkinson’s disease. More precisely, we observed a default of the reactive inhibitory control associated to mirror movements in Parkinson’s disease and an excess of proactive inhibitory control that seems to be linked to akinesia. The finding of an adrenergic modulation of the proactive inhibitory control opens the fields for the development of noradrenergic therapeutics in akinesia

The pre-synaptic protein α-Synuclein (αS) is often linked to the pathology of Parkinson’s disease (PD), an age-related neurodegenerative disorder. Lewy bodies, the cytopathological hallmarks of PD, are found to be rich in aggregates of misfolded αS protein. Metal dyshomeostasis has also been linked to PD due to the accumulation of iron in the substantia nigra pars compacta, and diminished copper levels reported in this same region. Metal dyshomeostasis in the brain coupled with oxidative stress can enhance the aggregation of αS. Recently, it was confirmed that mammalian αS is universally acetylated at the N-terminus, a common post-translational modification in humans. The consequences of this modification have been understudied, and it is believed to impart a functional role under physiological conditions with respect to membrane-interactions and protein folding. In an attempt to elucidate the pathological mechanism behind PD with respect to the structural dynamics of the protein, our investigations were focused on physiologically prevalent, N-terminally acetylated αS (NAcαS) and its interaction with the most prevalent redox-active metal ions in the brain (iron and copper) under both aerobic and/or anaerobic conditions. The structural features associated with metal-bound NAcαS differed depending on the iron oxidation states, where under aerobic conditions Feᴵᴵ stabilized an oligomer-locked, anti-parallel right-twisted β-sheet conformation that could potentially impart toxicity to neurons. In contrast, Feᴵᴵᴵ promoted a fibrillar structure rich in parallel β-sheets. N-terminal capping also altered the Cuᴵᴵ coordination sphere and had a dramatic effect on protein aggregation. Parallel studies on NAcαS variants with different site mutations near the putative copper binding sites (ex: H50Q and F4W) indicated that preferential binding shifts upon changes in the side chain residues. In depth analysis of the electron structure of Cuᴵᴵ-bound NAcαS using electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) revealed a coordination sphere of N3O1 that includes the H50 residue in the wild-type protein that shifts to an O4 coordination sphere at the C-terminus upon Cuᴵᴵ binding to the disease-relevant H50Q variant. Immunoblotting analyses revealed that copper-induced redox chemistry promoted O2-activation and the subsequent formation of dityrosine crosslinks, a post-translational modification identified as a biomarker of PD. EPR-detection of tyrosyl radical formation in the presence of Cuᴵ-bound NAcαS further supported this radical coupling mechanism. Intermolecular crosslinks within the fibrillar core of NAcαS as well as intramolecular crosslinks within the C-terminal region underpin the role of metal-dioxygen chemistry in PD-related pathology. The unique structural features resulting from iron vs copper coordination to NAcαS inspired studies directed at the synergistic effect of each individual metal species as revealed by photo-initiated crosslinking of NAcαS. C-terminal intramolecular tyrosine interactions were mainly impacted by the presence of both metals, which each have binding sites around the same region. These findings emphasize that protein dynamics, metal binding site conformational changes, as well as aggregation pathways can deviate drastically upon N-terminal acetylation of αS and that protein-metal interactions may play a vital role in PD etiology.

Our laboratory is working with the human NTera2/D1 (NT2) cell line which have properties similar to progenitor cells in the CNS. These neural-like precursors cells can differentiate into all three major lineages - neurons, astrocytes, andoligodendrocytes. The pure neuronal population, called the hNT cells, possess characteristics of dopamine (DA) cells. In this dissertation, we performed various experiments to examine the neuronal and dopaminergic development of this cellline. We first cultured our hNT neurons with cells from the developingnigrostriatal (NS) pathway, the ventral mesencephalon and striatum, to determine their influence on survival, neuritic outgrowth, and DA phenotype. The survival ofhNT neurons was substantially greater when they were cultured with embryonicday (E) 18 cells, compared to monocultures or cocultures with either E14 orpostnatal day (P) 1 cells. The neuritic outgrowth of hNT neurons as assessed by the number of primary neurites per cell was increased when cultured with theareas of the brain from E14 and P1. The DA phenotype, as determined by the expression of the rate-limiting enzyme of DA synthesis was not increased in hNTneurons when they were cultured with primary rat cells from the NS pathway.Next we analyzed if the retinoic acid (RA)-treated hNT neurons and the NT2 precursor cells expressed three transcription factors required for development ofthe DA phenotype. We report that NT2 cells endogenously expressed Engrailed-1, Ptx3, and Nurr1 while RA treatment increased Nurr1 but down-regulated Engrailed-1 and Ptx3. Finally, lithium has been shown to stimulate neurogenesisin adult hippocampal precursors as well as influence the Wnt pathway known to be important for the induction of the DA phenotype.

<p>This thesis describes the utilization of the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI MS) and electrospray ionization (ESI) MS techniques for analysis of complex brain tissue samples. </p><p>Direct molecular profiling of biological samples using MALDI MS is a powerful tool for identifying phenotypic markers. MALDI MS-profiling of proteins and peptides directly on brain tissue sections was used for the first time to study experimental models of Parkinson’s disease (PD). The mass spectrometer was used to map the peptide and protein expression directly on 12 µm tissue sections in mass-to-charge (m/z) values, providing the capability of mapping specific molecules of the original sample, that is, localization, intensity and m/z ratio. Several protein and peptide expression profile differences were found in the dopamine denervated brains when compared to the corresponding controls, for example, calmodulin, cytochrome c, cytochrome c oxidase, and the neuroimmunophilin protein FKBP-12. The increased expression of FKBP-12 from the profiling experiments was supported by mRNA expression analysis and two-dimensional gel electrophoresis separation analysis. Multiple genetic deficits have linked impaired ubiquitin-conjugation pathways to various forms of familiar PD. This study showed for the first time an increased level of unconjugated ubiquitin specifically in the dorsal striatum of the dopamine depleted PD brain. The strength of the MALDI MS-profiling technique is that a minimum of sample handling and manipulation is necessary pre-analysis. This ensures preservation of the spatial localization of the biomolecules in the tissue section.</p><p>Biological liquid samples often contain high amounts of salt that is non-compatible with the ESI MS technique. A nano-flow capillary liquid chromatography (nanoLC) system coupled on-line with ESI-MS was used to study the metabolism of the peptide LVV-hemorphin-7 in the brain and blood using in vivo microdialysis. The microdialysis technique provides capabilities for very precise sampling in specific brain regions. The combination of on-line desalting and pre-concentration by nanoLC with ESI MS is a powerful tool to detect minute concentration of metabolic fragments and endogenous biomolecules.</p><p>The utilization of mass spectrometry in neuroscience applications provides a uniquely advantageous tool for the analysis of complex biochemical events that underlie the pathological symptoms expressed in different disease states. Furthermore, the MALDI-MS profiling technique shows great potential for the future with regards to proteome analysis and drug discovery.</p>

This thesis describes the utilization of the matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry (MALDI MS) and electrospray ionization (ESI) MS techniques for analysis of complex brain tissue samples. Direct molecular profiling of biological samples using MALDI MS is a powerful tool for identifying phenotypic markers. MALDI MS-profiling of proteins and peptides directly on brain tissue sections was used for the first time to study experimental models of Parkinson’s disease (PD). The mass spectrometer was used to map the peptide and protein expression directly on 12 µm tissue sections in mass-to-charge (m/z) values, providing the capability of mapping specific molecules of the original sample, that is, localization, intensity and m/z ratio. Several protein and peptide expression profile differences were found in the dopamine denervated brains when compared to the corresponding controls, for example, calmodulin, cytochrome c, cytochrome c oxidase, and the neuroimmunophilin protein FKBP-12. The increased expression of FKBP-12 from the profiling experiments was supported by mRNA expression analysis and two-dimensional gel electrophoresis separation analysis. Multiple genetic deficits have linked impaired ubiquitin-conjugation pathways to various forms of familiar PD. This study showed for the first time an increased level of unconjugated ubiquitin specifically in the dorsal striatum of the dopamine depleted PD brain. The strength of the MALDI MS-profiling technique is that a minimum of sample handling and manipulation is necessary pre-analysis. This ensures preservation of the spatial localization of the biomolecules in the tissue section. Biological liquid samples often contain high amounts of salt that is non-compatible with the ESI MS technique. A nano-flow capillary liquid chromatography (nanoLC) system coupled on-line with ESI-MS was used to study the metabolism of the peptide LVV-hemorphin-7 in the brain and blood using in vivo microdialysis. The microdialysis technique provides capabilities for very precise sampling in specific brain regions. The combination of on-line desalting and pre-concentration by nanoLC with ESI MS is a powerful tool to detect minute concentration of metabolic fragments and endogenous biomolecules. The utilization of mass spectrometry in neuroscience applications provides a uniquely advantageous tool for the analysis of complex biochemical events that underlie the pathological symptoms expressed in different disease states. Furthermore, the MALDI-MS profiling technique shows great potential for the future with regards to proteome analysis and drug discovery.