Dissertation (Ph.D.)--University of South Florida, 2009. / Title from PDF of title page. Document formatted into pages; contains 164 pages. Includes vita. Includes bibliographical references.

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Dans ce travail de thèse, nous avons évalué les effets inflammatoires, comportementaux et cognitifs de l’exposition périnatale des souris à trois matrices alimentaires d’anguilles, reflétant 3 niveaux de pollution (faible, moyenne et haute), tout en considérant le sexe de la progéniture ainsi que les différentes phases d’âges. Les réponses inflammatoires ont été évaluées, aussi bien au niveau cérébral, y compris dans les cellules de la microglie, qu’au niveau périphérique, à 4 stades de vie distincts, et ce dès la naissance jusqu’à l’âge moyen. Chez les souriceaux, mâles et femelles, dont leurs génitrices ont consommé de l’anguille contaminée, durant la période gestationnelle et lactationnelle, vs les témoins dont leurs mères ont consommé uniquement la diète standard, nos résultats ont montré une neuro-inflammation précoce et prononcée, ainsi qu’une production accrue des marqueurs pro-inflammatoires par les cellules de la microglie durant la période néonatale et postnatale. Cette réponse pro-inflammatoire a été chronique puisqu’elle a été à nouveau détectée même à un âge avancé (âges adulte et moyen). Nos résultats mettraient en évidence l’activation et la polarisation des cellules de la microglie depuis la naissance, chez les animaux exposés, vers le phénotype M1, susceptible d’induire les effets neurotoxiques apparus beaucoup plus tard dans les stades de la vie. En effet, un comportement dépressif-like a été observé à l’âge adulte uniquement chez les mâles. Cette altération sexe dépendante du comportement de résignation a été attribuée à l’hyperactivation de l’axe de stress, l’axe hypothalamique pituitaire surrénalien, mise en évidence par une forte production de la corticostérone chez les mâles à l’âge adulte. Chez les femelles, nous avons mis en évidence le développement d’un comportement hyperactif dès l’âge adulte, et d’un déclin cognitif à l’âge moyen. Nos résultats suggèrent que le déficit de la mémoire de rétention des femelles d’âge moyen exposées périnatalement à des anguilles moyennement et hautement contaminées serait lié à la diminution significative de l’activation à la fois d’ERK ½ et du NF-κB ainsi qu’à la réduction significative du taux d’acétylcholine, détectées au niveau de l’hippocampe de ces souris. A partir de ces données et de celles obtenues par d’autres membres de notre équipe, il apparait de plus en plus pertinent de prendre en considération le risque du couplage des effets neuro-oxydatif et neuro-inflammatoire dans la genèse de nombreux troubles cognitifs et comportementaux surtout de manière tardive et irréversible. Cela pourrait également être à l’origine d’une fragilité et d’une imprégnation précoce de différentes populations cellulaires qui conduiraient tardivement à une dégénérescence précoce des cellules en particulier au niveau neuronal et glial. En conclusion, nos résultats suggèrent une programmation périnatale sexe-dépendante des troubles, mis en évidence aussi bien sur le plan comportemental que sur le plan cognitif chez les souris dont leurs mères ont consommé de l’anguille polluée, via des mécanismes inflammatoires. Cela laisse supposer un impact endocrino-dépendant dont il faudrait confirmer la réalité et les mécanismes / Several lines of evidence indicate that early-life inflammation may predispose to mental illness in later-life. In our study, we investigated the impact of perinatal exposure to polluted eels on the brain and microglia inflammation in a lifespan approach as well as on the resignation behavior, the locomotor activity and the cognitive performances in the later life of male and female offspring mice. The effects of maternal standard diet (laboratory food) were compared to the same diet enriched with low, intermediate, or highly polluted eels. Our results showed a chronic brain inflammation in male and female offspring mice compared to controls, as assessed at the birth, up weaning, adulthood and middle-age. Activated microglia produced pro-inflammatory markers across the lifespan of male as well as female exposed offspring. The plasmatic level of myeloperoxidase was found to be significantly higher in both adult and middle-aged males and females vs. control offspring. However, high corticosterone levels were only found in adult male offspring mice perinatally exposed to polluted eels, suggesting a sex-selective dysregulation of the adult hypothalamic- pituitary- adrenal (HPA) axis. Sex selective differences were also found in adulthood, with regard to the offspring resignation behavior. Indeed, depressive-like symptoms were only found in adult male mice perinatally exposed to polluted eels. On the middle- age, sexe selective effects were found with regard to memory and locomotor activity. Indeed, hyperactive phenotype was only detected in females. In addition, impaired long-term memory was only detected in middle-aged females, perinatally exposed to either intermediately or highly polluted eels. This deficit was related to decreases in ERK1/2 and p65 activation, and acetylcholine levels that were only detected in female hippocampus exposed to either intermediately or highly polluted eels. In conclusion, our results indicated that early-life inflammatory insults were the plausible causative factor that programmed the behavior impairments and cognitive deficit in the later-life of offspring, and suggested that sex played an important role in the determination of nature of the appeared alterations

Tyrphostine stellen eine Klasse synthetischer Protein-Tyrosin-Kinase (PTK)-Hemmer, die sich strukturell vom Tyrosin ableiten und dazu dienen, spezifisch Substratphosphorylierungen zu verhindern. Tyrphostin AG126 zeigte entzündungshemmende Eigenschaften in zahlreichen Tiermodellen von Erkrankungen. Dies schließt den septischen Schock ein, der durch Lipopolysaccharid (LPS) Gram-negativer Bakterien induziert werden kann, sowie die durch Zellwandstrukturen Gram-positiver Bakterien ausgelöste bakterielle Meningitis. Wir zeigen nun positive AG126-Effekte in einer weiteren ZNS-Komplikation, der experimentellen autoimmunen Enzephalomyelitis (EAE) als einem Modell der Multiplen Sklerose, wo AG126-Behandlung die klinischen Symptome und Myelinschäden mildert. Auf zellulärer Ebene beeinflusst AG126 eine Vielzahl von Funktionen der Mikroglia, der ZNS-Makrophagen, die durch Aktivierung von Toll-like-Rezeptoren (TLR s) ausgelöst werden. Diese Rezeptoren der angeborenen Immunität erkennen mikrobielle Strukturen sowie Faktoren, die durch Gewebeverletzungen generiert werden. Mit dem Fokus auf Mikroglia untersuchte die vorliegende Arbeit erstmals molekulare Zielstrukturen und Mechanismen des AG126. AG126 beeinflusst besonders Geninduktionen, die vom Adaptorprotein MyD88, einem der zwei TLR-Signalwege, abhängen. Bruton s Tyrosin-Kinase (BTK), eine MyD88-assoziierte PTK, kann von AG126 in molekularen und zellbasierten Assays gehemmt werden. Diese Hemmung kann allerdings nicht das gesamte Spektrum der AG126-Effekte erklären. Daher müssen alternative, sogar PTK-unabhängige Mechanismen, in Betracht gezogen werden, basierend auf strukturellen und funktionellen Ähnlichkeiten zu Tyrosin-abgeleiteten und/oder mikrogliaaktiven Molekülen. Diese alternativen Mechanismen umfassen Prinzipien, die für Antioxidantien, adrenerge Agonisten, Glukokortikoide oder Entkoppler der oxidativen Phosphorylierung bekannt sind. Tatsächlich zeigen Analysen auf der Grundlage von Kernspinresonanzspektroskopie, dass AG126 in die Hauptprodukte 3-Hydroxy-4-Nitroben zaldehyd (BZ) und Malononitril (MN) zerfallen kann, von denen MN, aber nicht BZ, die AG126-Effekte in Mikroglia imitiert. Ein ähnliches Verhalten zeigen weitere Tyrphostine, die ebenfalls das kritische MN-Strukturmotiv aufweisen. Tierexperimente zeigen schließlich, dass nur AG126 als Ausgangstruktur, nicht aber MN oder BZ, das Gesamtspektrum protektiver Effekte in der EAE vermittelt. Die Identifizierung des eigentlichen von AG126 bzw. von MN beeinflussten Targets könnte somit einen wesentlichen Mechanismus für die Entwicklung von entzündungshemmenden Verbindungen offenlegen.

Le syndrome de l’intestin irritable (SII) et le syndrome de la vessiedouloureuse (SVD) sont tous deux caractérisés par une hypersensibilité viscérale àla distension. Sur le plan épidémiologique, ces deux syndromes sont étroitementassociés puisque les patients SII ont une prévalence du syndrome de la vessiedouloureuse 7 fois plus élevée que la population générale. Cependant, le mécanismeresponsable de la sensibilisation du tube digestif et de l’appareil urinaire n’a jamaisété étudié. Compte tenu de l’innervation commune de ces deux organes, il estprobable que ce mécanisme mette en jeu sur le long terme des phénomènes de laplasticité neuro-gliale aux niveaux communs d’intégration de la sensibilité pelvienne.L’objectif général de ce travail était d’établir et de caractériser un modèleanimal de sensibilisation croisée vessie/colon, aigu et chronique, afin de mieuxcomprendre les mécanismes impliqués dans l’hypersensibilité viscérale croisée. / Irritable bowel syndrome (IBS) and Bladder pain syndrome (BPS) are bothcharacterized by visceral hypersensitivity to distension. Epidemiology showed thatthese two syndromes are closely associated since IBS patients have a prevalence ofbladder pain syndrome that is 7 times higher than the general population. However,the mechanism responsible for sensitization of the gastrointestinal tract and theurinary tract has never been studied. Given the common innervation of these twoorgans, it is likely that this mechanism involves long-term phenomena of neuro-glialplasticity at the common levels of integration of pelvic sensitivity.The overall objective of this work was to establish and characterize an animalmodel of bladder / colon cross-sensitization, acute and chronic, to better understandthe mechanisms involved in cross-visceral hypersensitivity.

<p>Microglia are a population of specialized, tissue-resident immune cells that make up around 10% of total cells in our brain. They actively prune neuronal synapses, engulf cellular debris, and misfolded protein aggregates such as the Alzheimer’s Disease (AD)-associated amyloid-beta (Aβ) by the process of phagocytosis. During AD, microglia are unable to phagocytose Aβ, perhaps due to the several disease-associated changes affecting their normal function. Functional molecules such as lipids and metabolites also influence microglial behavior but have primarily remained uncharacterized to date. The overarching question of this work is, <i>How do microglia become dysfunctional in chronic inflammation</i>? To this end, we developed new chemical tools to better understand and investigate the microglial response to Aβ <i>in vitro</i> and <i>in vivo</i>. Specifically, we introduce three new tools. (1) Recombinant human Aβ was developed via a rapid, refined, and robust method for expressing, purifying, and characterizing the protein. (2) A pH-sensitive fluorophore conjugate of Aβ (called Aβ^pH) was developed to identify and separate Aβ-specific phagocytic and non-phagocytic glial cells <i>ex vivo</i> and <i>in vivo</i>. (3) New lysosomal, mitochondrial, and nuclei-targeting pH-activable fluorescent probes (called LysoShine, MitoShine, and NucShine, respectively) to visualize subcellular organelles in live microglia. Next, we asked, <i>What changes occur to the global lipid and metabolite profiles of microglia in the presence of Aβ in vitro and in vivo</i>? We screened 1500 lipids comprising 10 lipid classes and 700 metabolites in microglia exposed to Aβ. We found significant changes in specific lipid classes with acute and prolonged Aβ exposure. We also identified a lipid-related protein that was differentially regulated due to Aβ <i>in vivo</i>. This new lipid reprogramming mechanism “turned on” in the presence of cellular stress was also present in microglia in the brains of the 5xFAD mouse model, suggesting a generic response to inflammation and toxicity. It is well known that activated microglia induce reactive astrocytes during inflammation. Therefore, we asked, <i>What changes in proteins, lipids, and metabolites occur in astrocytes due to their reactive state? </i>We provide a comprehensive characterization of reactive astrocytes comprising 3660 proteins, 1500 lipids, and 700 metabolites. These microglia and astrocytes datasets will be available to the scientific community as a web application. We propose a final model wherein the molecules secreted by reactive astrocytes may also induce lipid-related changes to the microglial cell state in inflammation. In conclusion, this thesis highlights chemical neuroimmunology as the new frontier of neuroscience propelled by the development of new chemical tools and techniques to characterize glial cell states and function in neurodegeneration.</p>

Ces dernières années, de nombreuses études ont prouvé que la protéine précurseur de l'amyloïde (APP) joue un rôle clé dans le processus de formation de la mémoire, le développement des connexions synaptiques et la régulation de la force synaptique. L’importance d’APP naît du fait que son clivage protéolytique produit le peptide bêta-amyloïde (Aβ), considéré comme l'un des facteurs cruciaux dans le développement de la maladie d'Alzheimer. Les recherches se sont donc concentrées sur Aβ plutôt que sur le domaine intracellulaire APP (APP-ICD). Récemment, il a été démontré qu’APP-ICD affecte l'induction de la plasticité synaptique, et Aβ à haute concentration est connu pour induire une dépression synaptique. Ici, nous montrons qu’APP-ICD et Aβ fonctionnent ensemble et induisent une dépression synaptique en modifiant la transmission synaptique par effet additif. L’activation de la caspase-3 clivant APP-ICD est nécessaire pour la dépression à long terme. Nous constatons que l’activation de la caspase-3 et son site de clivage d’APP-ICD, ainsi que le clivage d’APP par la gamma-sécrétase sont nécessaires à la dépression synaptique dépendante d’Aβ. La microglie assure la clairance d’Aβ et certains effets de plasticité. Nous démontrons qu’elle médie partiellement la dépression synaptique dépendante d’Aβ. Les mécanismes par lesquels APP-ICD et Aβ médient la dépression synaptique ne sont pas connus. Ici, nous discutons de pistes possibles pour la recherche future, notamment des changements dans l'homéostasie du calcium en tant que cible thérapeutique potentielle. Comprendre comment APP-ICD et Aβ travaillent ensemble pour induire une dépression synaptique aiderait à développer de meilleurs traitements pour la maladie d'Alzheimer. / In recent years, more and more evidence has proven that the amyloid precursor protein (APP) plays a key role in the process of memory formation, the development of synaptic connections, and the regulation of synaptic strength. APP rose to prominence since its proteolytic cleavage produces the amyloid-beta (Aβ) peptide, which is believed to be one of the crucial factors in the development of Alzheimer disease. Therefore, most of the research focused on Aβ, while APP intracellular domain (APP-ICD) received much less attention. In a recent study, APP-ICD was shown to affect the induction of synaptic plasticity, and Aβ at high concentration is known to induce synaptic depression. Here we show that APP-ICD works together with Aβ to induce synaptic depression, meaning they have an additive effect that changes synaptic transmission. Caspase-3 cleaves APP-ICD, and its activation is required for long-term depression. We found that the caspase-3 cleavage site of APP-ICD and caspase-3 activation are needed for Aβ-dependent synaptic depression. We also show that cleavage of APP by gamma-secretase is needed for the effect. Microglia mediate clearance of Aβ as well as some plasticity effects. We demonstrate that microglia partially mediate Aβ-dependent synaptic depression. The mechanisms of how APP-ICD and Aβ mediate synaptic depression are not known, here, we discuss possible avenues for future research, specifically changes in calcium homeostasis as a potential therapeutic target. Hence, understanding how APP-ICD and Aβ work together to induce synaptic depression would aid in developing better treatments for Alzheimer disease.