Huntington Disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by expanded CAG repeats in the exon1 of huntingtin gene (HTT). The mutant HTT affects the transcriptional profile of neurons by disrupting the activities of transcriptional machinery and alters expression of many genes. In this study, we identified dysregulated non-coding RNAs (ncRNAs) in medium spiny neurons of 4-week-old HD model mouse. Also, we observed the intracellular localizations of Abhd11os and Neat1 ncRNAs by ViewRNA in situ hybridization, which could provide more precise detection, suggesting that it is a useful method to investigate the expression changes of genes with low expression levels. / 博士(理学) / Doctor of Philosophy in Science / 同志社大学 / Doshisha University

Huntington disease (HD) is a fatal neurodegenerative disease caused by CAG tract expansion in the huntingtin (HTT) gene, which results in production of mutant huntingtin (mtHTT) protein. Although mtHTT is expressed throughout life, onset of HD symptoms typically begins in mid-life, around 35 to 50 years of age. Characteristic HD symptoms include motor, cognitive, and psychiatric abnormalities. The emergence of symptoms in adulthood suggests that aging may play a role in HD pathogenesis. Furthermore, markers of accelerated aging can be observed in HD patients, including telomere attrition, epigenetic alterations, and mitochondrial dysfunction. Our lab has previously observed that induction of age-like changes by treatment with progerin, the mutant protein that causes Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome, enhances HD phenotypes and contributes to pathogenesis in HD neurons. Taken together, these findings suggest a link between aging and HD, with implications for potential therapeutic benefits from anti-aging treatment. Our lab has conducted a young blood anti-aging trial in which aged HD and wild-type (WT) mice were injected with plasma from young WT or HD mice. Previous work in our lab confirmed that cortical aging markers decline with age at the protein level and are differentially affected by young blood treatment. In this study, we observed a significant effect of age on striatal expression of aging markers, Grin1 and Lmnb1. Varying effects of young blood anti-aging treatment were observed on the genes of interest.

Benthic macroinvertebrate communities of Huntington River, Emery County, Utah were studied to determine effects of sedimentation from construction of Electric Lake Dam, a state highway, and two bridges. Approximately 900 benthic samples were collected from riffle areas above, in, and below the construction zone from January, 1971 to December, 1973. Two settling basins below construction sites were effective in limiting scouring of downstream communities. Heavy silt deposition was limited to a 1-km stream reach. Number of indicators, density, and biomass were reduced in the construction zone during periods of sediment input. During periods of scouring, density and biomass were reduced; however, community diversity (d̅) increased due to a reduction of the more populous taxa. The mean d̅ value in the construction zone was 2.05 compared to 2.81 outside. Ordination analysis revealed dissimilarity in communities in, above, and below the construction zone. Specific indicators showed varying response to sedimentation. Recovery was rapid following scouring but slow following sedimentation.

Huntington Disease (HD) is a fatal neurodegenerative disorder that is characterized by motor, cognitive, and psychiatric symptoms. Although HD onset is determined by motor symptoms, psychiatric symptoms, like depression and aggression, can develop earlier, have a larger impact on quality of life, and are understudied due to stigma. Our lab has observed hyper aggression in our humanized HD mouse model (Hu97/18) compared to our knock-in HD mouse model (Q175FDN). We characterized these differences and found that the Hu97/18 mice overreact in neutral situations, behaving as if they are in threatening situations. We are now using this novel model of HD-related aggression to study its neurological basis. Increased reactive aggression has been linked to stress levels and the prefrontal cortex (PFC) due to its role in emotional regulation. This study seeks to determine if HD-related aggression is associated with increased stress levels and changes in the PFC. Our cortisol study shows that the Hu97/18 mice display significantly higher cortisol levels than baseline, suggesting a link between systemic stress and heightened aggression. Additionally, quantified PFC volumes show a moderate relationship between PFC volume and aggression in wild-type (WT) mice that is lost in the Hu97/18 mice. This data will help elucidate factors that modulate aggression in HD and may identify therapies with high potential to alleviate this devastating symptom in patients.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Les récepteurs du glutamate sont impliqués dans les maladies neurodégénératives telles que le dommage cérébral caractéristique des maladies de Huntington, Alzheimer et Parkinson, en plus d'être associés à l'ischémie, aux traumatismes crâniens, à l'encéphalopathie liée au SIDA et à l'épilepsie. Ils sont donc importants dans les mécanismes du système nerveux central et son bon fonctionnement. Parmi les récepteurs du glutamate, on retrouve le récepteur kaïnate. Ce mémoire présente une nouvelle approche synthétique des kaïnoïdes et la synthèse de trois nouveaux analogues des kaïnoïdes à partir de la trans-4-hydroxyproline. Les étapes comprennent la protection du carbonyle et de l'amine, l'oxydation de l'alcool, l'alkylation régiospécifique de la cétone en position 3, la formation d'un énol triflique, le couplage à un acide arylboronique et enfin la déprotection pour obtenir les acides (2S)-A-arylkaïniques. Les trois kaïnoïdes générés varient par le groupement aryle qui est soit le phényle, le 2-méthoxyphényle ou le 2-naphtyle.

Les neurones dopaminergiques du striatum représentent une population neuronale qui augmente en nombre chez les animaux parkinsoniens. Aucune donnée n'existe sur leur nombre dans la maladie de Huntington. Ce mémoire présente les résultats de deux expériences quantitatives menées dans des cerveaux pathologiques sur cette population neuronale. La première a été réalisée avec des cerveaux d'humains décédés des maladies de Parkinson et de Huntington; la seconde a été faite avec des cerveaux de singes parkinsoniens traités et non traités à la L-dopa. Les données obtenues démontrent que la dopamine constitue un important stimulus dans la régulation de la quantité de ces cellules, laquelle paraît inversement reliée à la Concentration de dopamine environnante. De tels résultats permettent une meilleure compréhension des mécanismes compensateurs impliqués dans les maladies de Parkinson et de Huntington et pourraient ouvrir la porte à de nouvelles perspectives dans le traitement de ces pathologies.

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative qui se manifeste par un vaste répertoire de symptômes moteurs, cognitifs et psychiatriques. La pathologie est causée par une expansion anormale de la queue polyglutamine du gène huntingtine (HTT), qui code pour une protéine ubiquitaire du même nom, et qui possède différentes fonctions dans de nombreux processus cellulaires. La MH résulte de l'expression d'une forme mutée de la protéine huntingtine (mHTT), laquelle peut s'agréger et ainsi interférer avec les processus cellulaires conduisant à la dégénérescence des cellules. Une précédente étude a analysé les conséquences délétères de la présence de mHTT dans la barrière-hémato-encéphalique (BHE), une structure cellulaire localisée au niveau du réseau vasculaire cérébral qui empêche le passage de substances périphériques à l'intérieur du système nerveux central (SNC). Par conséquent, nous avons décidé d'explorer l'existence de déficiences similaires au niveau de la barrière entre sang et la moelle épinière, une structure similaire à la BHE, mais localisée dans le réseau vasculaire de la moelle épinière (blood-spinal cord barrier, BSCB). Nous avons d'abord analysé la distribution, la fréquence et la localisation spécifique des agrégats de mHTT dans des échantillons de moelle épinière provenant de patients MH et de contrôles sains. Ces analyses ont révélé la présence quasi-exclusive de la mHTT dans la substance grise de la moelle épinière. Nous avons par la suite mesuré l'impact de ces agrégats sur les composants protéiques de la BSCB. Notre analyse démontre une dérégulation significative de certaines protéines essentielles formant des jonctions serrées dans la barrière, causant possiblement le phénomène de perméabilité accrue de la BSCB observé chez les patients atteints de la MH. Des études précédentes ont conduit à la théorie selon laquelle la mHTT pourrait se comporter à la manière d'un prion, propageant ainsi la maladie dans le SNC. Nous avons validé cette théorie en utilisant trois approches différentes ; une in vitro et deux in vivo. Trois différents modèles cellulaires humains (SH-SY5Y, THP1, et iGABA) ont été traités avec des fibrilles synthétiques afin d'observer l'effet de fibrilles humaines exogènes de mHTT (Q48) et de huntingtine normale (HTT ; Q25). Nous avons observé que les fibrilles pouvaient être internalisées par ces cellules, induisant des changements morphologiques et de la mort cellulaire. De plus, des changements de niveaux de HTT ont été observés. Au cours des expériences in vivo, des souris adultes sauvages (WT) ont reçu une injection intra-corticale unilatérale de fibrilles synthétiques de fragments N-terminaux de (m)HTT (Q25 et Q48), alors que des souriceaux R6/2 et WT ont reçu une injection intraventriculaire bilatérale. Dans les deux protocoles, les injections de fibrilles Q48 ont conduit à des changements comportementaux et les analyses post-mortem ont révélé que ces fibrilles exogènes étaient capables d'induire et d'exacerber la pathologie. Ces résultats démontrent que la mHTT pourrait se comporter tel un prion, se propageant et aggravant la pathologie dans le SNC. De plus, la démonstration que la mHTT perturbe l'intégrité de la BSCB suggère que l'exacerbation de sa perméabilité pourrait être une route possible de la propagation de la mHTT. / Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder that results in a series of motor, cognitive, and psychiatric symptoms. The pathology is caused by abnormal expansion of the polyglutamine tract of the huntingtin gene (HTT), which encodes a ubiquitous protein named huntingtin, and has different functions in several cellular processes. HD results from the expression of a mutated form of the huntingtin protein (mHTT) that forms protein aggregates and disrupts these cellular processes causing neurodegeneration. A previous study analyzed the deleterious consequence of the presence of mHTT on the blood-brain barrier (BBB), a cellular structure located in the brain vasculature that prevents the passage of peripheral substances into the central nervous system (CNS). Therefore, we decided to explore the existence of similar impairments in the blood-spinal cord barrier (BSCB), a structure similar to the BBB, but located in the spinal cord vasculature. To begin with, we analyzed the anatomical distribution, frequency, and specific location of mHTT aggregates in spinal cord samples from HD and healthy control human samples, revealing an almost exclusive presence of mHTT within the grey matter of the spinal cord. We then measured HD impact on the spinal cord vasculature and BSCB permeability. Our analysis showed an increase of the small blood vessel density and the presence of features related to BSCB leakage, such as diffusion of fibrinogen in the surrounding parenchyma and peripheral cells infiltration. Moreover, the measure of the levels of the protein components of the BSCB revealed a downregulation of some essential proteins forming tight junctions in the barrier that is the likely cause of the increased BSCB permeability that we observed in HD patients. Previous studies led to the theory that mHTT might behave in a prion-like fashion spreading and seeding the disease throughout the CNS. We validated this theory using three different approaches; one in vitro and two in vivo. Three different human cell lines (SH-SY5Y, THP1, and iGABA neurons) were treated with synthetic fibrils to observe the effect of exogenous human fibrillar mHTT (Q48) and huntingtin (HTT) (Q25). We observed that the fibrils could be taken up by these cells, subsequently inducing cellular morphological changes and apoptosis. Moreover, changes in HTT levels and sequestration of endogenous HTT within pathological inclusion bodies were observed suggesting a prion-like behavior by mHTT. Subsequently, in in vivo experiments, wild type (WT) adult mice were administered an intracortical unilateral injection of synthetic fibrillar N-terminal fragments of mHTT (Q25 and Q48), while R6/2 and WT pups received a bilateral intraventricular injection. In both protocols, the Q48 injections resulted in behavioral changes and the appearance of features HD-related. The post-mortem analysis revealed that the exogenous fibrils were able to spread through the brain inducing and exacerbating the pathology in both animal models. These results demonstrate that mHTT might behave in a prion-like fashion, spreading and exacerbating the disease throughout the CNS. Moreover, the demonstration that mHTT disrupts the integrity of the BSCB suggests that the increased permeability could be a route of mHTT propagation.

Contrairement à la dopamine (DA), le rôle de la sérotonine (5-HT) dans les maladies neurodegeneratives affectant les ganglions de la base est mal connu. L'objectif de cette étude était donc de caractériser l'état de l'innervation DA et 5-HT du striatum chez des patients ayant souffert de la maladie de Parkinson (MP) ou de la maladie d'Huntington (MH) en comparaison avec des individus contrôles appariés pour l'âge. Des anticorps contre la tyrosine hydroxylase (TH) et le transporteur de la sérotonine (SERT) ont été utilisés comme marqueurs des profils axonaux DA et 5-HT, respectivement La densité et les patrons de l'innervation DA et 5-HT ont été déterminés en examinant des sections coronales du striatum afin de détecter des variations dans la densité optique. Cette approche semi-quantitative a été validée par des estimations stéréologiques de la densité des varicosités axonales marquées. Une diminution significative de l'intensité du marquage TH accompagnée d'une baisse dans la densité des varicosités axonales TH+ a été notée à travers tout le striatum des patients atteints de MP et de MH. À l'opposé, l'intensité du marquage SERT et la densité des varicosités axonales SERT+ étaient augmentés dans le striatum des patients souffrant de MP et de MH. Ces résultats indiquent que la voie dopaminergique nigrostriée est significativement altérée dans la M H, comme dans la MP. Cependant, l'altération présente dans la MH pourrait être secondaire à la perte massive des neurones épineux de taille moyenne, lesquels sont les cibles principales des axones DA. L'augmentation de l'innervation 5-HT striatale observée dans la MP pourrait être due à un mécanisme neuronal compensant pour la dénervation DA. Dans la MH, l'atrophie striatale prononcée pourrait expliquer l'augmentation de la densité de l'innervation 5-HT striatale remarquée dans cette maladie. Les résultats de notre étude suggèrent l'existence d'une interaction complexe entre les systèmes DA et 5-HT au niveau striatal pour assurer un contrôle fiable et adéquat du comportement moteur.