Thesis (M.S.)--Rutgers University, 2009. / "Graduate Program in Physiology and Integrative Biology." Includes bibliographical references (p. 39-42).

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Thesis (MScMedSc (Pathology. Chemical Pathology))--University of Stellenbosch, 2010. / Bibliography / ENGLISH ABSTRACT: The aetiology of multiple sclerosis (MS) remains largely unknown, due to its multifactorial nature with environmental and genetic factors contributing to the risk. Several investigations highlighted the important role of the genetic component influencing disease susceptibility and progression. In the present study genetic variations in the MTHFR (1298 A>C and 677 C>T) and HFE (845 G>A) genes previously, shown to affect folate and iron metabolism respectively, were studied in the context of MS. The aim of the study was to contribute the laboratory component of a pathology supported genetic testing approach used to identify a subgroup of MS patients with altered nutritional requirements due to genetic susceptibilities. The study population included 90 patients with a clinical diagnosis of MS and 49 control individuals, without any signs or symptoms of the disease, drawn from the same age- and population group. Three mutation detection systems were compared in terms of accuracy, sensitivity, cost effectiveness and ease of operation in relation to the MTHFR and HFE gene mutations analysed. Analytical validity of the genetic assays was an important consideration; therefore the respective real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) methods were compared with direct DNA sequencing as the gold standard. The methodology included use of the ABI™ 7900HT, the Roche LightCycler® 480 II system and the Corbett Rotor-Gene™ 6000 5-plex HRM. The same genotype results were obtained for the DNA samples tested with the three RT-PCR methods. In terms of cost effectiveness, ease of operation and optimization, the Corbett Rotor-Gene™ 6000 5-plex HRM thermal cycler, with use of the ABI™ TaqMan Genotyping assays was found to be the most efficient for mutation detection using relatively small sample batches. Following successful standardization of the RT-PCR assays, genotype-phenotype correlation studies was performed in a subset of 43 MS patients with available data. Biochemical tests were previously done on blood samples at the National Health Laboratory Service (NHLS) chemical pathology laboratory at Tygerberg Academic Hospital. A novel finding of this study was that heterozygotes and homozygotes for mutation 1298 A>C in the MTHFR gene presented with lower serum iron levels (12.37 ± 5.91 μmol/l) in comparison to subjects without the C-allele (18.64 ± 7.15 μmol/l; P = 0.02). Furthermore, C-reactive protein (CRP) levels were found to be marginally significantly higher (P = 0.07) in the MTHFR 1298 A>C mutation-positive heterozygotes compared to subjects without the C-allele (6.65 ± 4.96 mg/l vs 2.93 ± 2.31 mg/l), linking inflammation to the presence of the MTHFR 1298 A>C mutation. In comparison, the MTHFR 677 C>T as well as the HFE 845 G>A mutation showed no correlation with transferrin saturation, ferritin, haemoglobin or CRP levels. The absence of increased iron status in HFE mutation carriers was in accordance previous findings suggesting altered iron metabolism in MS patients with this mutation. For the first time, high-throughput assays for functional polymorphisms in the MTHFR and HFE genes can now be offered as a routine service at the Tygerberg Academic Hospital. This application is used in combination with blood biochemistry tests as part of a comprehensive gene-based, pathology supported screening and intervention program aimed at improved quality of life in patients diagnosed with MS. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die etiologie van meervoudige sklerose (MS) is nog grootendeels onbekend, as gevolg van die multifaktoriale aard van die siekte, met omgewings- en genetiese faktore wat bydra tot die risiko. 'n Aantal ondersoeke het reeds die belangrikheid van die genetiese komponent vir die vatbaarheid vir die siekte en die progressie daarvan beklemtoon. In die huidige studie was genetiese variasies in die MTHFR (1298 A>C en 677 C>T) en HFE (845 G>A) gene bestudeer wat voorheen getoon het dat dit foliensuur- enystermetabolisme respektiewelik in die konteks van MS affekteer. Die doel van die studie was om die laboratorium komponent van 'n patologie-ondersteunde genetiese toets daar te stel wat gebruik kan word om 'n subgroep van MS pasiënte te identifiseer wat veranderderde voedingsbehoeftes het as gevolg van genetiese vatbaarheid. Die studiepopulasie het bestaan uit 90 pasiënte met 'n kliniese diagnose van MS en 49 kontroles sonder enige tekens of simptome van die siekte, wat ingesluit is vanuit dieselfde ouderdoms- en populasiegroep . Drie mutasie analise sisteme was vergelyk in terme van akkuraatheid, sensitwiteit, kostedoeltreffendheid en gemak van gebruik met betrekking tot die MTHFR en HFE geen mutasies. Analitiese geldigheid van die genetiese toetse was 'n belangrike oorweging; daarom was die onderskeie rieëltyd polimerase kettingreaksie (RT-PKR) metodes vergelyk met direkte DNA volgordebepaling as die goue standaard. Die metodologie het die ABI™ 7900HT, die Roche LightCycler® 480 II sisteem en die Corbett Rotor-Gene™ 6000 5-plex HRM ingesluit. Dieselfde genotipe resultate was met die verskillende metodes verkry vir die DNA monsters wat getoets is met die drie RT-PKR metodes. Wat betref kostedoeltreffendheid, gemak van gebruik en optimisering, was die gebruik van die Corbett Rotor-Gene™ 6000 5-plex HRM Thermal Cycler, met die ABI™ TaqMan Genotyping essays die mees effektief vir mutasie opsporing van relatief klein getalle monsters. Nadat die RT-PKR toetse suksesvol gestandardiseer was, was genotipe-fenotipe korrelasies uitgevoer in 'n subgroep van 43 MS pasiënte met die beskikbare data. Biochemiese toetse was voorheen gedoen op die betrokke bloedmonsters by die Nationale Gesondheid Laboratorium Diens (NHLS) se chemiese patologie laboratorium by Tygerberg Akademiese Hospitaal. 'n Nuwe bevinding van hierdie studie was dat heterosigote en homosigote vir die MTHFR 1298 A>C mutasie gepresenteer het met laer serum yster vlakke (12.37 ± 5.91 μmol/l) in vergelyking met individue sonder die C-alleel (18.64 ± 7.15 μmol/l; P = 0.02). Verder was die C-reaktiewe proteien (CRP) marginaal betekenisvol hoër (P = 0.07) in die MTHFR 1298 A>C heterosigote in vergelyking met individue sonder die C alleel (6.65 ± 4.96 mg/l vs 2.93 ± 2.31 mg/l), wat aandui dat inflammasie verhoog mag wees in die teenwoordigheid van die MTHFR 1298 A>C mutasie. In vergelyking hiermee het die MTHFR 677 C>T sowel as die HFE 845 G>A mutasies geen korrelasie met transferrien versadiging, ferritien, hemoglobien of CRP-vlakke getoon nie. Die afwesigheid van verhoogde yster status in MS pasiënte met die HFE mutasie was in ooreenstemming met vorige bevindinge wat veranderde ystermetabolisme in MS pasiënte met hierdie mutasie aangedui het. Vir die eerste keer is hoë deurvoer genetiese toetse nou vir funksionele polimorfismes in die MTHFR en HFE gene beskikbaar as 'n roetiene diens by die Tygerberg Akademiese Hospitaal. Dit kan gebruik word saam met bloed biochemiese toetse as deel van 'n omvattende geen-gebaseerde, patologie ondersteunde intervensie program wat daarop gemik is om die kwaliteit van lewe van pasiënte gediagnoseer met MS te verbeter. / Medical Research Council

Les cellules de Schwann sont responsables de la myélinisation du système nerveuxpériphérique. C’est un phénomène complexe et finement régulé. En effet, des altérationsde l’expression touchant les protéines de la myéline périphérique (P0 et PMP22)peuvent provoquer des pathologies comme la Charcot‐Marie‐Tooth. Par ailleurs, lescellules de Schwann subissent d’importantes modifications de leur cytosquelette aucours du processus de myélinisation.Nous avons identifié la voie Wnt/β‐caténine comme directement impliquées dansla régulation de l’expression des gènes de la myéline P0 et PMP22 à la fois in vitro maiségalement in vivo. De plus, nous avons initié la démonstration de l’implication de la voieWnt non canonique au cours de ce même processus. Par ailleurs, nous avons montré queles ligands Wnts aussi bien canoniques que non canoniques pouvaient provoquerl’allongement des extensions des cellules de Schwann. Le chlorure de lithium est uninhibiteur de la GSK3β, mimant l’activation de la voie Wnt/β‐caténine. Il provoque unimportant allongement des cellules de Schwann accompagné de profonds remaniementsde l’architecture interne. Par la suite nous nous sommes intéressés aux effets d’unelésion sur la remyélinisation. La voie Wnt/β‐caténine est réactivée par une lésion in vitrotandis que le lithium accélère la récupération fonctionnelle du battement des vibrissesde souris après pincement du nerf facial, améliore les structures de la gaine de myélineet induit l’expression des gènes de la myéline in vivo.ConclusionNotre travail a mis en évidence le rôle majeur des voies Wnt canoniques et noncanoniques dans la régulation de l’expression de gènes de la myéline et dans lecytosquelette des cellules de Schwann. / The myelination is performed by Schwann cells in the peripheral nervous system.Myelination involves the extension of large sheaths of membranes and their wrapping around axons, accompanied by the coordinated synthesis of a variety of myelin components, including myelin‐specific proteins (MPZ and PMP22).We identified the Wnt/β‐caténin pathway as an essential and direct driver of myelin gene expression and myelinogenesis. Moreover, we identified non canonical Wnt protein as regulators of myelin genes expression MPZ and PMP22. Canonical and non canonical Wnt protein elongate the Schwann cells in vitro by microtubules stabilizationmechanisms.We used lithium chloride, an inhibitor of GSK3β to test either effects on Schwann cells cytoskeleton and recovery after nerve crash in vivo. Lithium chloride provokes Schwann cells elongation and biochemicals modifications by enhencing cholesterol as we show by IR spectroscopy. Lithium chloride accelerates the recovery of the whisker mouvements after nerve crash, provokes the remyelination of sciatic neve after crush and stimulates myelin genes expression.ConclusionWe have identified Wnt pathways as direct driver of myelin genes expression and important for cytoskeleton stabolization. Our findings, open new perspectivesin the treatment of nerves demyelination by administration of GSK3βinhibitors like lithium.

La formation de la gaine de myéline est un processus complexe et finement régulé. Une altération de l’expression des gènes codant pour les protéines structurales de cette gaine entraine de graves neuropathies démyélinisantes. Notre objectif est d’identifier de nouvelles voies de signalisation capables de moduler l’expression de ces gènes. Les cellules de Schwann et les oligodendrocytes contiennent et synthétisent de grande quantité de dérivés oxydés du cholestérol : les oxystérols. Ces molécules sont connues pour leurs rôles dans le maintien de l’homéostasie du cholestérol et dans la progression des maladies neurodégénératives. Les oxystérols peuvent être classés en deux groupes : ceux dont l’oxydation a lieu sur la chaine carbonée latérale (25OH) et ceux qui portent une oxydation sur l’un des cycles du cholestérol (7KC). Nous nous sommes tout d’abord intéressés à la première catégorie d’oxystérols. Nous avons montré que le 25OH, réprimait l’expression des gènes de la myéline périphérique P0 et PMP22. Cette activité répressive était le fruit d’un mécanisme direct conduisant à une augmentation de la quantité des LXRs liés à leurs éléments de réponse sur les promoteurs des gènes de la myéline, et d’un mécanisme indirect provoquant une diminution de l’activité de la voie Wnt/β-caténine. En revanche, dans le SNC, nos résultats indiquent que le 25OH active l’expression des gènes de la myéline PLP et MBP. Le traitement, par ces oxystérols, de cultures organotypiques de cervelet démyélinisées par la lysolécithine permet une remyélinisation des axones des cellules de Purkinje. Nous nous sommes ensuite penchés sur le rôle du corégulateur transcriptionnel RIP140. Ce dernier peut soit agir comme un corépresseur soit comme un coactivateur. Il peut interagir avec le LXR. L’invalidation de RIP140 dans le poisson zèbre altère les gaines de myéline. Nous avons montré que RIP140 possédait des rôles bivalents dans la régulation de la myélinisation. En effet, il est capable d’activer mais aussi de réprimer l’activité transcriptionnelle de P0 et de PMP22. Enfin, nous nous sommes intéressés à la seconde catégorie d’oxystérols. Le 7KC est l’oxystérol majoritairement présent dans le SNP et la CS. Il est connu pour moduler l’action du récepteur aux dioxines : le AhR. Ce récepteur a été très largement étudié dans un cadre toxicologique. Cependant ses rôles et ses ligands endogènes restent à ce jour encore assez méconnus. Nos résultats indiquent que le AhR est impliqué dans le contrôle de l’expression des gènes de la myéline périphérique. L’invalidation du AhR, chez la souris, provoque des anomalies structurales de la gaine de myéline conduisant à des déficits moteurs. Cette étude a permis de mieux comprendre les dialogues entre les voies de signalisation gouvernant le processus de myélinisation. Ce travail apporte également de nouvelles perspectives thérapeutiques des maladies neurodégénératives comme la CMT1A ou la sclérose en plaques. / The myelination of axons is a complex process performed by Schwann cells (SC) and by oligodendrocytes (OL) respectively in the peripheral nervous system (PNS) and in the central nervous system (CNS). A slight change in expression of myelin structural proteins has a deep impact on the development and preservation of nerve fibers and their myelin sheaths, as observed for example in Charcot-Marie-Tooth disease or in Pelizaeus-Merzbacher disease. Our aim is to identify new signaling pathways able to control the expression of these structural proteins. SC and OL contain and synthesize high amount of reactive molecules generated from the oxidation of cholesterol: the oxysterols. Their implication in cholesterol homeostasis and in the progression of neurodegenerative disorders is well known but few data are available for their functions in myelination of PNS and CNS. Firstly, we demonstrate that oxysterols inhibit peripheral myelin gene expression: MPZ and PMP22. This downregulation is mediated by two mechanisms: by increasing the binding of LXRs to myelin genes promoters and by inhibiting the Wnt/β-catenin pathway leading to a decrease of b-catenin recruitment at the levels of the MPZ and PMP22 promoters. However, in the CNS, our data demonstrate that activation of LXRS by oxysterols stimulate myelin genes expression (PLP and MBP). Interestingly, by using demyelinated organotipc culture of cerebellum, we show that oxysterols enhance OL differentiation and promote remyelination, via LXRs. Then, we studied the role of the transcriptional coregulatory, RIP140, in myelination. RIP140 is able to act as a corepressor or as a coactivator and can interact with LXRs. In Zebrafish, the knocked down of the orthologue of RIP140 led to a decrease of peripheral and central myelin gene expression and to a defect in myelin sheath ultrastructure. Finally, we focused on impact of AhR in myelination process. AhR is a ligand activated transcription factor mostly known to interact with environmental pollutant like dioxins to mediate their toxic and carcinogenic effect. However, its detoxifying activity is posterior to the apparition of the gene and its physiological roles and endogenous ligands remain elusive. We show that the main oxysterol in the nervous system is 7-ketocholesterol which is an endogenous modulator of AhR. We report that the constitutive absence of AhR in mice leads to defects in locomotion behaviors. We studied the impact of this invalidation on the myelin of sciatic nerve. We observed a severe demyelinating phenotype and deregulation of myelin genes expression. Moreover, we demonstrated a cross-talk between AhR and Wnt/β-catenin pathways. Our data reveal a new endogenous role of AhR in myelination process.