Abstract The Prader-Willi (PWS) and Angelman (AS) syndromes are clinically distinct developmental disorders which are caused by genetic defects in the imprinted domain at chromosome 15q11-q13, resulting in the loss of paternal (PWS) or maternal (AS) gene function. In this study, the genetic changes of 15q11-q13 and their possible inheritance in Finnish PWS (n=76) and AS (n=47) patients are described. The diagnosis could be confirmed by laboratory methods in all PWS and in 43 (91%) AS patients. A deletion of 15q11-q13 accounted for 76% of the PWS and 67% of the AS patients in whom a specific genetic defect had been established. The origin of deletion was always paternal in PWS and maternal in AS. In PWS, deletions of four different sizes were detected, while in AS only type I or II deletions were found. The smallest overlap of deletions/critical region detected was from locus D15S13 to locus D15S10 in PWS and from locus D15S128 to locus D15S12 in AS. A rare recurrence of del(15)(q11q13) due to maternal germ line mosaicism is described. Maternal uniparental disomy of chromosome 15 accounted for 21% of PWS patients and paternal UPD for 2% of AS patients. In PWS, most UPD cases were due to errors in maternal meiosis (87%), most commonly leading to maternal heterodisomy (MI error). In AS, a rare error in the second segregation of paternal meiosis was found. UPD was associated with advanced maternal age, the mean being 34.6 years. Imprinting defects were found in 3% of PWS (two non-IC-deletions) and 11% of AS (IC deletion in one sib pair and three non-IC-deletions) patients. In the case with IC deletion, the mutation was seen in several generations. The non-deletion cases were thought to be due to a de novo prezygotic or postzygotic error. In the non-deletion PWS cases, the maternally imprinted paternal chromosome region was shown to have been inherited from the paternal grandmother, while in AS the paternally imprinted maternal chromosome region had been inherited from either the maternal grandfather or the maternal grandmother. The region of IC involved in AS was defined to be 1.15 kb. Five (11%) AS patients with normal DNA methylation test results had a UBE3A mutation. One of the two novel missense mutations (902A→C) had been inherited from the mosaic mother, while the mutation 975T→C was a new one. De novo deletions 1930delAG and 3093delAAGA have also been described previously, suggesting that these sites may be mutation hotspots in UBE3A. Identification of different genetic aetiologies with different recurrence risks is essential for genetic counselling, and close co-operation between clinicians and the laboratory is required both for diagnosis and for the detection of possible inheritance.

Síndrome de Angelman (AS - MIM 105830) é causada pela ausência de função do gene UBE3A que codifica uma proteína ubiquitina - ligase (E6-AP). Esse gene é expresso bialelicamente em vários tecidos exceto no cérebro, onde a expressão é preferencialmente materna. O RNA anti-senso de UBE3A é considerado o regulador dessa expressão diferencial entre os alelos, e faz parte de um transcrito grande que só o alelo paterno é expresso devido ao imprinting genômico; no cérebro, esse transcrito se entende até a região anti-senso de UBE3A, mas nos demais tecidos o transcrito é menor e não engloba a região anti-senso. Este trabalho visa obter um modelo para estudo da AS. Células-tronco da polpa do dente (SHEDs) de pacientes com deleção do segmento 15q11-q13 ou mutação no gene UBE3A foram caracterizadas e submetidas à diferenciação neuronal. A diferenciação foi analisada através do estudo de RNA e proteínas para marcadores neuronais e, também, por testes funcionais. As SHEDs são células-tronco mesenquimais e constituem uma população heterogênea. Essas células ou algumas dessas células já expressam algumas proteínas neuronais ou de células excitáveis como nestina, β-tubulina III, MAP2 e proteína de canais dependentes de voltagem de sódio e potássio. Um ponto interessante é que as SHEDs apresentam baixa expressão do UBE3A anti-senso e a expressão do UBE3A nas células de pacientes é menor que 50% da expressão encontrada nas células de controles, que pode indicar a ocorrência de expressão preferencial materna desse gene em outros tipos celulares além de neurônios maduros. Quando induzidas à diferenciação neurogênica, a maioria das linhagens controles apresentou aumento da expressão de MAP2 e, principalmente, β-tubulina III; e a maioria das linhagens de pacientes com AS não apresentou aumento notável na expressão dessas proteínas, exceto uma linhagem de paciente que aumentou a expressão de β-tubulina III. As células induzidas à diferenciação apresentaram aumento estatisticamente significativo da condutância de sódio através de canais de sódio dependentes de voltagem. Com a análise de expressão de UBE3A e do UBE3A anti-senso é possível afirmar que a expressão deles não alterou com a diferenciação neuronal. Assim, é possível concluir que as células-tronco da polpa do dente, com o protocolo de diferenciação neurogênica, progrediram na via de diferenciação, mas a maioria das células não atingiu o estágio de maturação necessário para que ocorresse o imprinting do UBE3A ou a via de diferenciação não ia em direção a neurônios que apresentam imprinting do UBE3A. / Angelman syndrome (AS - MIN 105830) is caused by the loss of function of the maternal UBE3A gene, which encodes an ubiquitin protein ligase (E6-AP). UBE3A displays biallelic expression in most of tissues, but maternal predominant expression is observed in the brain. A RNA antisense that is paternally expressed in some regions in the brain is considered to be responsible for this tissue-specific imprinting; UBE3A antisense is part of a large transcript that starts at SNURF-SNRPN gene and is paternally expressed, and in the brain this transcript includes UBE3A antisense region however in other tissues this region is not included. The aim of the present study is to develop a new model for studying AS. Dental pulp stem cells (SHEDs) were characterized and differentiated by an already described protocol. SHEDs intrinsically express some neuronal proteins as nestin, β-tubulin III, MAP2 and voltage-gated sodium channels and potassium channels. Interestingly, SHEDs also present a low expression of UBE3A antisense, and UBE3A expression in cells from patients with AS is lower than 50% of the cells from normal control, so it is possible that preferential maternal expression of this gene might occur in some cells beyond mature neurons. After the neuronal differentiation, most control lineages and one lineage of AS patients had an increase of MAP2 and β-tubulin III expression. Two control lineages and most lineages from AS patients did not have a notable increase of expression of these proteins. Neuronal differentiated cells displayed an increase in conductance through voltage-gated sodium channels. Analysis of UBE3A and UBE3A antisense expression in SHEDs and cells induced to differentiate into neurons indicated no changes in their expression. Thus, after neuronal differentiation induction, dental pulp stem cells progressed through neuronal differentiation pathway. However, most cells did not reach the stage which UBE3A imprinting occurs or the neuronal differentiation is resulting in a cell that do not present UBE3A imprinting.

A formação continuada de profissionais de Educação e Saúde se constitui como objeto desta dissertação. Na presente pesquisa pretendi planejar, implementar e avaliar os efeitos de um programa de formação continuada de profissionais de Educação e Saúde, oferecendo instruções e orientações de uso dos recursos da Comunicação Alternativa e Ampliada (CAA), para favorecer a comunicação e aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman. Os estudos foram realizados em uma escola regular e em uma instituição especializada, com abordagem clínica-terapêutica-educacional. O universo da pesquisa abrangeu oito profissionais: duas professoras de classes regulares de ensino, uma professora especialista (Atendimento Educacional Especializado), duas estagiárias (estudantes de Pedagogia), exercendo a função de mediadora do aluno com autismo incluído, uma professora da instituição especializada, um auxiliar da professora e uma psicóloga. Também nove crianças fizeram parte desse universo: uma criança com autismo, incluída em classe regular e oito crianças que frequentavam a instituição especializada, sendo duas com Asperger, quatro com autismo e duas com Angelman. Para responder à pergunta principal do estudo: A Comunicação Alternativa e Ampliada pode favorecer a comunicação e a aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman?, foi necessário conhecer os profissionais, as instituições e as respectivas gestoras, bem como o corpo docente, a equipe técnica e as crianças assistidas pelos profissionais, para verificar as suas necessidades, potencialidades, interesses e limitações. Outro elemento fundamental na proposta de formação dos profissionais foram os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa. A pesquisa foi desenvolvida em três estudos, durante o período de julho de 2010 a abril de 2012. Foi utilizado o delineamento intrasujeitos do tipo A-B (estudo I) e A-B-C (estudos II e III) e análise qualitativa dos resultados. Os procedimentos iniciais adotados foram: aplicação de questionários para os profissionais e os responsáveis pelas crianças, entrevistas semiestruturadas com as gestoras das instituições, observações in loco, filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo. Com base nos questionários, entrevistas, observações e anotações foram levantadas as principais dificuldades e necessidades dos profissionais e das crianças e construídos protocolos de observação dos comportamentos destes sujeitos. Durante o desenvolvimento dos estudos foram realizadas filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo, bem como reuniões com os profissionais, para orientações e planejamento das atividades pedagógicas adaptadas a serem desenvolvidas com as crianças, bem como materiais e recursos da CAA. Os resultados apontaram à presença de algumas modificações nos comportamentos dos profissionais e nos comportamentos das crianças. Revelaram ainda, que este trabalho proporcionou aos profissionais a oportunidade de reverem as suas atuações e as suas crenças, com relação à inclusão de crianças com autismo, Asperger e Angelman em ambientes não protegidos. Foi possível verificar as contribuições dos procedimentos e dos recursos da CAA, para favorecer a comunicação, a autorregulação e a aprendizagem dessas crianças e o quanto os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa se apresentam como promissores para o desenvolvimento dos profissionais. / A formação continuada de profissionais de Educação e Saúde se constitui como objeto desta dissertação. Na presente pesquisa pretendi planejar, implementar e avaliar os efeitos de um programa de formação continuada de profissionais de Educação e Saúde, oferecendo instruções e orientações de uso dos recursos da Comunicação Alternativa e Ampliada (CAA), para favorecer a comunicação e aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman. Os estudos foram realizados em uma escola regular e em uma instituição especializada, com abordagem clínica-terapêutica-educacional. O universo da pesquisa abrangeu oito profissionais: duas professoras de classes regulares de ensino, uma professora especialista (Atendimento Educacional Especializado), duas estagiárias (estudantes de Pedagogia), exercendo a função de mediadora do aluno com autismo incluído, uma professora da instituição especializada, um auxiliar da professora e uma psicóloga. Também nove crianças fizeram parte desse universo: uma criança com autismo, incluída em classe regular e oito crianças que frequentavam a instituição especializada, sendo duas com Asperger, quatro com autismo e duas com Angelman. Para responder à pergunta principal do estudo: A Comunicação Alternativa e Ampliada pode favorecer a comunicação e a aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman?, foi necessário conhecer os profissionais, as instituições e as respectivas gestoras, bem como o corpo docente, a equipe técnica e as crianças assistidas pelos profissionais, para verificar as suas necessidades, potencialidades, interesses e limitações. Outro elemento fundamental na proposta de formação dos profissionais foram os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa. A pesquisa foi desenvolvida em três estudos, durante o período de julho de 2010 a abril de 2012. Foi utilizado o delineamento intrasujeitos do tipo A-B (estudo I) e A-B-C (estudos II e III) e análise qualitativa dos resultados. Os procedimentos iniciais adotados foram: aplicação de questionários para os profissionais e os responsáveis pelas crianças, entrevistas semiestruturadas com as gestoras das instituições, observações in loco, filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo. Com base nos questionários, entrevistas, observações e anotações foram levantadas as principais dificuldades e necessidades dos profissionais e das crianças e construídos protocolos de observação dos comportamentos destes sujeitos. Durante o desenvolvimento dos estudos foram realizadas filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo, bem como reuniões com os profissionais, para orientações e planejamento das atividades pedagógicas adaptadas a serem desenvolvidas com as crianças, bem como materiais e recursos da CAA. Os resultados apontaram à presença de algumas modificações nos comportamentos dos profissionais e nos comportamentos das crianças. Revelaram ainda, que este trabalho proporcionou aos profissionais a oportunidade de reverem as suas atuações e as suas crenças, com relação à inclusão de crianças com autismo, Asperger e Angelman em ambientes não protegidos. Foi possível verificar as contribuições dos procedimentos e dos recursos da CAA, para favorecer a comunicação, a autorregulação e a aprendizagem dessas crianças e o quanto os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa se apresentam como promissores para o desenvolvimento dos profissionais.

A formação continuada de profissionais de Educação e Saúde se constitui como objeto desta dissertação. Na presente pesquisa pretendi planejar, implementar e avaliar os efeitos de um programa de formação continuada de profissionais de Educação e Saúde, oferecendo instruções e orientações de uso dos recursos da Comunicação Alternativa e Ampliada (CAA), para favorecer a comunicação e aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman. Os estudos foram realizados em uma escola regular e em uma instituição especializada, com abordagem clínica-terapêutica-educacional. O universo da pesquisa abrangeu oito profissionais: duas professoras de classes regulares de ensino, uma professora especialista (Atendimento Educacional Especializado), duas estagiárias (estudantes de Pedagogia), exercendo a função de mediadora do aluno com autismo incluído, uma professora da instituição especializada, um auxiliar da professora e uma psicóloga. Também nove crianças fizeram parte desse universo: uma criança com autismo, incluída em classe regular e oito crianças que frequentavam a instituição especializada, sendo duas com Asperger, quatro com autismo e duas com Angelman. Para responder à pergunta principal do estudo: A Comunicação Alternativa e Ampliada pode favorecer a comunicação e a aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman?, foi necessário conhecer os profissionais, as instituições e as respectivas gestoras, bem como o corpo docente, a equipe técnica e as crianças assistidas pelos profissionais, para verificar as suas necessidades, potencialidades, interesses e limitações. Outro elemento fundamental na proposta de formação dos profissionais foram os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa. A pesquisa foi desenvolvida em três estudos, durante o período de julho de 2010 a abril de 2012. Foi utilizado o delineamento intrasujeitos do tipo A-B (estudo I) e A-B-C (estudos II e III) e análise qualitativa dos resultados. Os procedimentos iniciais adotados foram: aplicação de questionários para os profissionais e os responsáveis pelas crianças, entrevistas semiestruturadas com as gestoras das instituições, observações in loco, filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo. Com base nos questionários, entrevistas, observações e anotações foram levantadas as principais dificuldades e necessidades dos profissionais e das crianças e construídos protocolos de observação dos comportamentos destes sujeitos. Durante o desenvolvimento dos estudos foram realizadas filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo, bem como reuniões com os profissionais, para orientações e planejamento das atividades pedagógicas adaptadas a serem desenvolvidas com as crianças, bem como materiais e recursos da CAA. Os resultados apontaram à presença de algumas modificações nos comportamentos dos profissionais e nos comportamentos das crianças. Revelaram ainda, que este trabalho proporcionou aos profissionais a oportunidade de reverem as suas atuações e as suas crenças, com relação à inclusão de crianças com autismo, Asperger e Angelman em ambientes não protegidos. Foi possível verificar as contribuições dos procedimentos e dos recursos da CAA, para favorecer a comunicação, a autorregulação e a aprendizagem dessas crianças e o quanto os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa se apresentam como promissores para o desenvolvimento dos profissionais. / A formação continuada de profissionais de Educação e Saúde se constitui como objeto desta dissertação. Na presente pesquisa pretendi planejar, implementar e avaliar os efeitos de um programa de formação continuada de profissionais de Educação e Saúde, oferecendo instruções e orientações de uso dos recursos da Comunicação Alternativa e Ampliada (CAA), para favorecer a comunicação e aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman. Os estudos foram realizados em uma escola regular e em uma instituição especializada, com abordagem clínica-terapêutica-educacional. O universo da pesquisa abrangeu oito profissionais: duas professoras de classes regulares de ensino, uma professora especialista (Atendimento Educacional Especializado), duas estagiárias (estudantes de Pedagogia), exercendo a função de mediadora do aluno com autismo incluído, uma professora da instituição especializada, um auxiliar da professora e uma psicóloga. Também nove crianças fizeram parte desse universo: uma criança com autismo, incluída em classe regular e oito crianças que frequentavam a instituição especializada, sendo duas com Asperger, quatro com autismo e duas com Angelman. Para responder à pergunta principal do estudo: A Comunicação Alternativa e Ampliada pode favorecer a comunicação e a aprendizagem de crianças com autismo, Asperger e Angelman?, foi necessário conhecer os profissionais, as instituições e as respectivas gestoras, bem como o corpo docente, a equipe técnica e as crianças assistidas pelos profissionais, para verificar as suas necessidades, potencialidades, interesses e limitações. Outro elemento fundamental na proposta de formação dos profissionais foram os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa. A pesquisa foi desenvolvida em três estudos, durante o período de julho de 2010 a abril de 2012. Foi utilizado o delineamento intrasujeitos do tipo A-B (estudo I) e A-B-C (estudos II e III) e análise qualitativa dos resultados. Os procedimentos iniciais adotados foram: aplicação de questionários para os profissionais e os responsáveis pelas crianças, entrevistas semiestruturadas com as gestoras das instituições, observações in loco, filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo. Com base nos questionários, entrevistas, observações e anotações foram levantadas as principais dificuldades e necessidades dos profissionais e das crianças e construídos protocolos de observação dos comportamentos destes sujeitos. Durante o desenvolvimento dos estudos foram realizadas filmagens das atividades pedagógicas e anotações de campo, bem como reuniões com os profissionais, para orientações e planejamento das atividades pedagógicas adaptadas a serem desenvolvidas com as crianças, bem como materiais e recursos da CAA. Os resultados apontaram à presença de algumas modificações nos comportamentos dos profissionais e nos comportamentos das crianças. Revelaram ainda, que este trabalho proporcionou aos profissionais a oportunidade de reverem as suas atuações e as suas crenças, com relação à inclusão de crianças com autismo, Asperger e Angelman em ambientes não protegidos. Foi possível verificar as contribuições dos procedimentos e dos recursos da CAA, para favorecer a comunicação, a autorregulação e a aprendizagem dessas crianças e o quanto os procedimentos do ensino e da consultoria colaborativa se apresentam como promissores para o desenvolvimento dos profissionais.

Síndrome de Angelman (AS - MIM 105830) é causada pela ausência de função do gene UBE3A que codifica uma proteína ubiquitina - ligase (E6-AP). Esse gene é expresso bialelicamente em vários tecidos exceto no cérebro, onde a expressão é preferencialmente materna. O RNA anti-senso de UBE3A é considerado o regulador dessa expressão diferencial entre os alelos, e faz parte de um transcrito grande que só o alelo paterno é expresso devido ao imprinting genômico; no cérebro, esse transcrito se entende até a região anti-senso de UBE3A, mas nos demais tecidos o transcrito é menor e não engloba a região anti-senso. Este trabalho visa obter um modelo para estudo da AS. Células-tronco da polpa do dente (SHEDs) de pacientes com deleção do segmento 15q11-q13 ou mutação no gene UBE3A foram caracterizadas e submetidas à diferenciação neuronal. A diferenciação foi analisada através do estudo de RNA e proteínas para marcadores neuronais e, também, por testes funcionais. As SHEDs são células-tronco mesenquimais e constituem uma população heterogênea. Essas células ou algumas dessas células já expressam algumas proteínas neuronais ou de células excitáveis como nestina, β-tubulina III, MAP2 e proteína de canais dependentes de voltagem de sódio e potássio. Um ponto interessante é que as SHEDs apresentam baixa expressão do UBE3A anti-senso e a expressão do UBE3A nas células de pacientes é menor que 50% da expressão encontrada nas células de controles, que pode indicar a ocorrência de expressão preferencial materna desse gene em outros tipos celulares além de neurônios maduros. Quando induzidas à diferenciação neurogênica, a maioria das linhagens controles apresentou aumento da expressão de MAP2 e, principalmente, β-tubulina III; e a maioria das linhagens de pacientes com AS não apresentou aumento notável na expressão dessas proteínas, exceto uma linhagem de paciente que aumentou a expressão de β-tubulina III. As células induzidas à diferenciação apresentaram aumento estatisticamente significativo da condutância de sódio através de canais de sódio dependentes de voltagem. Com a análise de expressão de UBE3A e do UBE3A anti-senso é possível afirmar que a expressão deles não alterou com a diferenciação neuronal. Assim, é possível concluir que as células-tronco da polpa do dente, com o protocolo de diferenciação neurogênica, progrediram na via de diferenciação, mas a maioria das células não atingiu o estágio de maturação necessário para que ocorresse o imprinting do UBE3A ou a via de diferenciação não ia em direção a neurônios que apresentam imprinting do UBE3A. / Angelman syndrome (AS - MIN 105830) is caused by the loss of function of the maternal UBE3A gene, which encodes an ubiquitin protein ligase (E6-AP). UBE3A displays biallelic expression in most of tissues, but maternal predominant expression is observed in the brain. A RNA antisense that is paternally expressed in some regions in the brain is considered to be responsible for this tissue-specific imprinting; UBE3A antisense is part of a large transcript that starts at SNURF-SNRPN gene and is paternally expressed, and in the brain this transcript includes UBE3A antisense region however in other tissues this region is not included. The aim of the present study is to develop a new model for studying AS. Dental pulp stem cells (SHEDs) were characterized and differentiated by an already described protocol. SHEDs intrinsically express some neuronal proteins as nestin, β-tubulin III, MAP2 and voltage-gated sodium channels and potassium channels. Interestingly, SHEDs also present a low expression of UBE3A antisense, and UBE3A expression in cells from patients with AS is lower than 50% of the cells from normal control, so it is possible that preferential maternal expression of this gene might occur in some cells beyond mature neurons. After the neuronal differentiation, most control lineages and one lineage of AS patients had an increase of MAP2 and β-tubulin III expression. Two control lineages and most lineages from AS patients did not have a notable increase of expression of these proteins. Neuronal differentiated cells displayed an increase in conductance through voltage-gated sodium channels. Analysis of UBE3A and UBE3A antisense expression in SHEDs and cells induced to differentiate into neurons indicated no changes in their expression. Thus, after neuronal differentiation induction, dental pulp stem cells progressed through neuronal differentiation pathway. However, most cells did not reach the stage which UBE3A imprinting occurs or the neuronal differentiation is resulting in a cell that do not present UBE3A imprinting.

The prevalence of Autism Spectrum Disorder (ASD) and its defining features has been increasingly investigated in genetic syndromes associated with intellectual disability, with syndrome specific profiles reported. The experience of catatonia and other movement disorders in people with ASD has been increasing highlighted within both research and diagnostic guidelines. However, these issues have not typically been investigated alongside other features of ASD within research into genetic syndromes. The first paper in this thesis provides a review of the literature on movement disorders in genetic syndromes associated with ASD, which focuses on the prevalence of reported movement disorders, the methods of assessment used, and the quality of research to date. An empirical study is reported in Paper 2. Within a cohort of individuals with Cornelia de Lange and Fragile X syndromes the prevalence of attenuated behaviour [autistic catatonia] is examined, based on parent/carer report, and the extent to which features of ASD predict later attenuated behaviour is investigated. Paper 3 provides a critical reflection on the first two papers as well as some wider considerations on undertaking research in this area. The results of both the literature review and the empirical study indicated that across a number of genetic syndromes (Angelman syndrome, Cornelia de Lange syndrome, Fragile X syndrome and Rett syndrome) attenuated behaviour [autistic catatonia] and/or movement disorders affect a substantial proportion of individuals. Furthermore, repetitive behaviours, one of the characteristic features of ASD, appear to predict later attenuated behaviour in Cornelia de Lange and Fragile X syndromesThe results presented in this thesis have important implications for the way services support individuals with specific genetic syndromes. Paper 1 confirms the high prevalence of movement problems in Angelman and Rett syndromes, and Paper 2 provides a new insight into movement problems in Cornelia de Lange and Fragile X syndromes. Movement disorders are reported to impact negatively on wellbeing and quality of life in people with ASD, and are likely to have a similar impact on the lives of people with genetic syndromes. Greater awareness and recognition of movement problems in CdLS and FXS is required, and although specialist services may already be aware of some of the above issues, there should be an increased emphasis on ensuring that community services are aware of the needs of individuals with genetic syndromes, including the implications of movement problems for support needs and quality of life.

Angelman Syndrome (AS) is a severe neurodevelopmental disorder that affects 1:12000 newborns. It is characterized by mental retardation, delayed major motor and cognitive milestones, seizures, absence of speech and excessive laughter. The majority of AS cases arise from deletions or mutations of UBE3A gene located on the chromosome 15q11-13. UBE3A codes for E3-ubiquitin ligase that target specific proteins for degradation. To date, a wide variety of Ube3a substrates has been identified. The accumulation of Ube3a-dependent proteins and their effect on the multitude of signal transduction pathways are` considered the main cause of the AS pathology. While the majority of research has been directed towards target identifications, the overall role of Ube3a in activity-dependent synaptic plasticity has been greatly overlooked. The present work is designed to fill some of these knowledge gaps. Chapter 2 is focused on the activity-dependent aspect of Ube3a expression following neuronal stimulation in vivo and in vitro. We examined total Ube3a expression followed by KCl depolarization in neuronal primary culture. By utilizing a subcellular fractionation technique, we were able to determine which cellular pools are responsive to the depolarization. Next, a fear conditioning paradigm (FC) was used to activate neurons in the paternal Ube3a-YFP reporter mouse brain. This mouse model allowed us to resolve spatial and temporal alterations of the maternal and the paternal Ube3a in hippocampus and cortex followed by FC. In accordance to KCl depolarization results, we observed alterations in Ube3a protein but at later time points. Furthermore, we investigated if the absence of activity-dependent Ube3a changes has any effect on learning and memory kinase activation. We utilized KCl and FC to determine synaptic activity-induced ERK 1/2 phosphorylation in acute hippocampal slices and in CA1 area of hippocampus of wild type (Ube3a m+/p+) and Ube3a deficient mice (Ube3a m-/p+). We demonstrated that Ube3a loss leads to impaired activity-dependent ERK 1/2 phosphorylation. It has been established that Ube3a m-/p+ mice have a profound deficit in LTP, implying the importance of this ligase in excitatory synaptic transmission. The abnormal LTP could be partially explained by an aberrant CaMKII function, decreased activity-dependent ERK 1/2 phosphorylation and reduced phosphatase activity. These proteins have also been implicated in another form of synaptic plasticity such as long-term depression (LTD). Chapter 3, we investigated the contribution of Ube3a to NMDAR - dependent and - independent LTD. Our data showed that Ube3a m-/p+ P21-30 animals exhibit the impairments in both forms of LTD. Next, we focused on elucidating molecular mechanism underlying the reduced mGluR1/5-LTD. We discovered that mGluR1/5 kinase activation such as ERK, mTOR and p38 is not affected by Ube3a loss. In concordance with previous work, we detected increased Arc expression together with abnormal AMPAR distribution in the Ube3a m-/p+ hippocampus. Surprisingly, the mGluR1/5 induced GluR2 trafficking was normal. Our findings infer that elevated Arc levels together with the increased internalization of AMPAR may result in compromised basal state of the synapses leading to a more depression-like state in Ube3a m-/p+ mice. Evidence points that loss of Ube3a produces alterations in a variety of activity-dependent signal transduction cascades that may ultimately result in impaired synaptic plasticity and cognition. Similar to AS, abnormal molecular and behavioral phenotypes have already been observed in other mouse models of human mental retardation such as Fragile X Mental Retardation Syndrome (FXS). Chapter 4 is set to explore if any correlation can be found in between these neurodevelopmental disorders. Analysis of crude synaptoneurosomes of adult Fmr1 KO mice revealed a significant reduction in Ube3a protein. Additionally, a blunted translation of Ube3a in response to mGluR1/5 stimulation was observed. However, we didn't find any evidence of direct interaction between Ube3a mRNA and Fragile X Mental Retardation Protein (FMRP). To examine if some of the pathology seen in Fmr1 KO mice is due to Ube3a downregulation, we performed a rescue experiment by increasing overall levels of Ube3a in hippocampus of FRMP deficient mice. An exhaustive battery of behavioral testing indicated that alterations of Ube3a expression impacted only associative fear conditioning. In summary, the present work has attempted to answer some of the fundamental questions about Ube3a and its role in synaptic plasticity. We have demonstrated that Ube3a expression is modulated by synaptic activation and its activity-dependent alterations are essential for normal brain functioning. Additionally, our data suggest that Ube3a is not only significant for the synaptic excitation but also crucial for the synaptic depression. Finally, our findings indicate that the alteration of Ube3a expression may contribute to the cognitive phenotypes in other neurodevelopmental disorders such as FXS suggesting an advantage of exploring Ube3a function outside the AS research.

Thesis (Ph.D.)--University of Florida, 2004. / Typescript. Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 141 pages. Includes Vita. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph.D.)--University of Florida, 2004. / Typescript. Title from title page of source document. Document formatted into pages; contains 148 pages. Includes Vita. Includes bibliographical references.

Biomarker discovery and statistical modeling reveals the brain activity that supports brain function and dysfunction. Detecting abnormal brain activity is critical for developing biomarkers of disease, elucidating disease mechanisms and evolution, and ultimately improving disease course. In my thesis, we develop statistical methodology to characterize neural activity in disease from noisy electrophysiological recordings. First, we develop a modification of a classic statistical modeling approach - multivariate Granger causality - to infer coordinated activity between brain regions. Assuming the signaling dependencies vary smoothly, we propose to write the history terms in autoregressive models of the signals using a lower dimensional spline basis. This procedure requires fewer parameters than the standard approach, thus increasing the statistical power. we show that this procedure accurately estimates brain dynamics in simulations and examples of physiological recordings from a patient with pharmacoresistant epilepsy. This work provides a statistical framework to understand alternations in coordinated brain activity in disease. Second, we demonstrate that sleep spindles, thalamically-driven neural rhythms (9-15 Hz) associated with sleep-dependent learning, are a reliable biomarker for Rolandic epilepsy. Rolandic epilepsy is the most common form of childhood epilepsy and characterized by nocturnal focal epileptic discharges as well as neurocognitive deficits. We show that sleep spindle rate is reduced regionally across cortex and correlated with poor cognitive performance in epilepsy. These results provide evidence for a regional disruption to the thalamocortical circuit in Rolandic epilepsy, and a potential mechanistic explanation for the cognitive deficits observed. Finally, we develop a procedure to utilize delta rhythms (2-4 Hz), a sensitive biomarker for Angelman syndrome, as a non-invasive measure of treatment efficacy in clinical trials. Angelman syndrome is a rare neurodevelopmental disorder caused by reduced expression of the UBE3A protein. Many disease-modifying treatments are being developed to reinstate UBE3A expression. To aid in clinical trials, we propose a procedure that detects therapeutic improvements in delta power outside of the natural variability over age by developing a longitudinal natural history model of delta power. These results demonstrate the utility of biomarker discovery and statistical modeling for elucidating disease course and mechanisms with the long-term goal of improving patient outcomes.