DNA repair is essential to maintain genome integrity, and genes with roles in DNA repair are frequently mutated in a variety of human diseases. Repair via homologous recombination typically restores the original DNA sequence without introducing mutations, and a number of genes that are required for homologous recombination DNA double-strand break repair (HR-DSBR) have been identified. However, a systematic analysis of this important DNA repair pathway in mammalian cells has not been reported. Here, we describe a genome-scale endoribonuclease-prepared short interfering RNA (esiRNA) screen for genes involved in DNA double strand break repair. We report 61 genes that influenced the frequency of HR-DSBR and characterize in detail one of the genes that decreased the frequency of HR-DSBR. We show that the gene KIAA0415 encodes a putative helicase that interacts with SPG11 and SPG15, two proteins mutated in hereditary spastic paraplegia (HSP). We identify mutations in HSP patients, discovering KIAA0415/SPG48 as a novel HSP-associated gene, and show that a KIAA0415/SPG48 mutant cell line is more sensitive to DNA damaging drugs. We present the first genome-scale survey of HR-DSBR in mammalian cells providing a dataset that should accelerate the discovery of novel genes with roles in DNA repair and associated medical conditions. The discovery that proteins forming a novel protein complex are required for efficient HR-DSBR and are mutated in patients suffering from HSP suggests a link between HSP and DNA repair.

Despite a comprehensive mapping of the Parkinson's disease (PD)-related mRNA and protein leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) in the mammalian brain, its physiological function in healthy individuals remains enigmatic. Based on its structural features and kinase properties, LRRK2 may interact with other proteins involved in signalling pathways. Here, we show a widespread LRRK2 mRNA and/or protein expression in expanded or differentiated human mesencephalic neural progenitor cells (hmNPCs) and in post-mortem substantia nigra PD patients. Using small interfering RNA duplexes targeting LRRK2 in hmNPCs following their differentiation into glia and neurons, we observed a reduced number of dopaminergic neurons due to apoptosis in LRRK2 knockdown samples. LRRK2-deficient hmNPCs exhibited elevated cell cycle- and cell death-related markers. In conclusion, a reduction of LRRK2 expression in hmNPCs severely impaired dopaminergic differentiation and/or survival of dopaminergic neurons most likely via preserving or reactivating the cell cycle.

Reprogramming of somatic cells into induced pluripotent stem cells (iPSCs) by overexpression of the transcription factors OCT4, SOX2, KLF4, and c-Myc holds great promise for the development of personalized cell replacement therapies. In an attempt to minimize the risk of chromosomal disruption and to simplify reprogramming, several studies demonstrated that a reduced set of reprogramming factors is sufficient to generate iPSC. We recently showed that a reduction of reprogramming factors in murine cells not only reduces reprogramming efficiency but also may worsen subsequent differentiation. To prove whether this is also true for human cells, we compared the efficiency of neuronal differentiation of iPSC generated from fetal human neural stem cells with either one (OCT4; hiPSC1F-NSC) or two (OCT4, KLF4; hiPSC2F-NSC) reprogramming factors with iPSC produced from human fibroblasts using three (hiPSC3F-FIB) or four reprogramming factors (hiPSC4F-FIB). After four weeks of coculture with PA6 stromal cells, neuronal differentiation of hiPSC1F-NSC and hiPSC2F-NSC was as efficient as iPSC3F-FIB or iPSC4F-FIB. We conclude that a reduction of reprogramming factors in human cells does reduce reprogramming efficiency but does not alter subsequent differentiation into neural lineages. This is of importance for the development of future application of iPSC in cell replacement therapies.

Basierend auf der aktuellen Studienlage wurde versucht, Modellannahmen zum auditi- ven Sprachverständnisses weiter zu ergründen. Im Mittelpunkt stand dabei die Rolle des Gyrus angularis der sprachdominanten Hemisphäre bei der semantischen Integration von Worten in einen gegebenen Satzkontext. Zu diesem Zweck wurden 15 gesunde Proban- den mithilfe von repetitiver transkranieller Magnetstimulation (rTMS) in einem Sprach- verständnisexperiment untersucht. So konnte die funktionelle Relevanz der genannten Hirnregion in Abhängigkeit der Signalqualität des gehörten Satzes und des semanti- schen Kontextes untersucht werden. Zielparameter waren dabei der Anteil der korrekt wiederholten Wörter und Schlüsselwörter des Satzes sowie die Reaktionsgeschwindigkeit.

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Gyrencephaly (the folding of the surface of the neocortex) is a mammalian-specific trait present in almost all mammalian orders. Despite the widespread appearance of the trait, little is known about the mechanism of its genesis or its adaptive significance. Still, most of the hypotheses proposed concentrated on the pattern of connectivity of mature neurons as main components of gyri formation. Recent work on embryonic neurogenesis in several species of mammals revealed different progenitor and stem cells and their neurogenic potential as having important roles in the process of gyrification. Studies in the field of comparative neurogenesis revealed that gyrencephaly is an evolutionarily labile trait, and that some species underwent a secondary loss of a convoluted brain surface and thus reverted to a more ancient form, a less folded brain surface (lissencephaly). This phenotypic reversion provides an excellent system for understanding the phenomenon of secondary loss. In this review, we will outline the theory behind secondary loss and, as specific examples, present species that have undergone this transition with respect to neocortical folding. We will also discuss different possible pathways for obtaining (or losing) gyri. Finally, we will explore the potential adaptive consequence of gyrencephaly relative to lissencephaly and vice versa.

De nombreuses études ont établi que la majorité des neurones libèrent plus qu’une substance chimique. Il est bien connu que les neurones peuvent co-exprimer et co-libérer des neuropeptides en plus de leur neurotransmetteur, mais des évidences de la co-libération de deux petits neurotransmetteurs à action rapide se sont accumulées récemment. Des enregistrements électrophysiologiques ont aussi montré que des neurones sérotoninergiques et dopaminergiques isolés peuvent libérer du glutamate quand ils sont placés en culture. De plus, la présence de glutamate et de glutaminase a été détectée dans des neurones sérotoninergiques, dopaminergiques et noradrénergiques par immunomarquage sur des tranches de cerveau. Malheureusement, en considérant le rôle métabolique du glutamate, sa détection immunologique n’est pas suffisante pour assurer le phénotype glutamatergique d’un neurone. Récemment, la découverte de trois transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUT1-3) a grandement facilité l’identification des neurones glutamatergiques. Ces transporteurs sont nécessaires pour la libération de glutamate et constituent les premiers marqueurs morphologiques du phénotype glutamatergique. Il a été démontré que des neurones noradrénergiques expriment VGLUT2 et que des neurones sérotoninergiques expriment VGLUT3. Mais aucune évidence d’expression d’un des sous-types de VGLUT n’a été reportée pour les neurones dopaminergiques. Le but de notre travail était d’identifier quel sous-type de VGLUT est exprimé par les neurones dopaminergiques mésencéphaliques, et de déterminer si le phénotype glutamatergique de ces neurones peut être modulé dans des conditions particulières. Premièrement, nous avons utilisé des microcultures pour isoler les neurones dopaminergiques et des doubles marquages immunocytochimiques pour observer l’expression de VGLUT dans les neurones positifs pour la tyrosine hydroxylase (TH). Nous avons montré que la majorité (80%) des neurones TH+ isolés exprime spécifiquement VGLUT2. Cette expression est précoce au cours du développement in vitro et limitée aux projections axonales des neurones dopaminergiques. Toutefois, cette forte expression in vitro contraste avec la non-détection de ce transporteur dans les rats adultes in vivo. Nous avons décidé ensuite de regarder si l’expression de VGLUT2 pouvait être régulée pendant le développement cérébral de jeunes rats et sous des conditions traumatiques, par double hybridation in situ. Entre 14 et 16 jours embryonnaires, les marquages de VGLUT2 et de TH montraient une superposition significative qui n’était pas retrouvée à des stades ultérieurs. Dans le mésencéphale de jeunes rats postnataux, nous avons détecté l’ARNm de VGLUT2 dans environs 1-2% des neurones exprimant l’ARNm de TH dans la substance noire et l’aire tegmentaire ventrale (ATV). Pour explorer la régulation de l’expression de VGLUT2 dans des conditions traumatiques, nous avons utilisé la 6-hydroxydopamine (6-OHDA) pour léser les neurones dopaminergiques dans les jeunes rats. Dix jours après la chirurgie, nous avons trouvé que 27% des neurones dopaminergiques survivants dans l’ATV exprimaient l’ARNm de VGLUT2 dans les rats 6-OHDA. Finalement, nous avons observé la colocalisation de la protéine VGLUT2 dans les terminaisons TH positives par microscopie électronique. Dans les rats normaux, la protéine VGLUT2 est retrouvée dans 28% des terminaisons axonales TH dans le noyau accumbens. Dans les rats lésés à la 6-OHDA, nous avons observé une diminution considérable des terminaisons TH positives, et une augmentation dans la proportion (37%) des terminaisons dopaminergiques présentant du VGLUT2. Nos résultats suggèrent que le phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques est régulé au cours du développement, peut être réactivé dans des états pathologiques, et que ces neurones peuvent libérer du glutamate dans conditions spécifiques. / Numerous studies have established that the majority of neurons release more than one chemical substance. It is well known that neurons can co-express and co-release neuropeptides in addition to their neurotransmitter, but evidence of co-release of two small and fast-acting neurotransmitters has been accumulated recently. Electrophysiological recordings have also shown that isolated serotonine and dopamine neurons can release glutamate as a co-transmitter when they are placed in culture. Furthermore, the presence of glutamate and glutaminase has been detected in serotonine, dopamine and noradrenaline neurons by immunolabelling in brain slices. Unfortunately, considering the metabolic role of glutamate, its immunodetection is not sufficient to assert the glutamatergic phenotype of a neuron. Recently, the discovery of three vesicular glutamate transporters (VGLUT1-3) has greatly facilitated the identification of glutamate neurons. These transporters are necessary for the glutamate release by neurons and constitute the first molecular markers of a glutamatergic phenotype. Interestingly, it was demonstrated that some noradrenaline neurons express VGLUT2 and that some serotonin neurons express VGLUT3. But no evidence for expression of any VGLUT subtypes was initially reported for dopamine neurons. The goal of our work was to identify which VGLUT subtype is expressed by mesencephalic dopamine neurons, and to determine if the glutamatergic phenotype of these neurons can be modulated under specific conditions. First, we used microcultures to isolate dopamine neurons and double immunocytochemistry to visualize VGLUT expression in tyrosine hydroxylase (TH) positive neurons. We showed that the majority (80%) of isolated TH+ neurons express specifically VGLUT2. This expression occurred early during in vitro development and was limited to axonal projections of dopamine neurons. However, this strong expression in vitro contrasted with the lack of detection of this transporter in adult rats in vivo. We next decided to investigate if VGLUT2 expression could be regulated during brain development of young rats and under traumatic conditions, using double in situ hybridization. At embryonic days 14 to 16, VGLUT2 and TH labelling displayed significant overlap which was no longer found at later stages. In postnatal mesencephalon of young rats, we detected VGLUT2 mRNA in approximately 1-2% of neurons expressing TH mRNA in the substantia nigra and in ventral tegmental area (VTA). To explore the regulation of VGLUT2 expression under traumatic condition, we used 6-hydroxydopamine (6-OHDA) to damage dopamine neurons in young rats. Ten days post-surgery, we found that 27% of surviving dopamine neurons in the VTA expressed VGLUT2 mRNA in 6-OHDA animals. Finally, we observed the colocalisation of VGLUT2 protein in TH positive terminals by electron microscopy. In normal rats, VGLUT2 protein was found in 28% of TH positive axon terminals in nucleus accumbens. In 6 OHDA-lesioned rats, we observed a considerable reduction of TH positive terminals, and an increase in the proportion (37%) of dopamine terminals displaying VGLUT2. Our results suggest that the glutamatergic phenotype of dopamine neurons is developmentally regulated, can be reactivated under pathological states, and that these neurons are able to release glutamate under specific conditions.

Les effets de la marijuana, un médicament utilisé par l’homme depuis des millénaires, sur le système visuel sont peu connus. Une meilleure connaissance de la distribution du système endocannabinoïde (eCB) de la rétine pourrait expliquer comment cette drogue affecte la vision. Cette étude vise à caractériser la distribution du récepteur cannabinoïde CB1 (CB1R) et de l’enzyme de dégradation FAAH (“fatty acid amide hydrolase”) des ligands du CB1R dans la rétine du singe Vert (Chlorocebus sabaeus). De plus, elle vise à déterminer quelles sous-populations cellulaires de la rétine expriment ces composantes. La plupart des études à ce jour ont été conduites surtout sur les rongeurs et peu de travaux ont été réalisés chez le singe. Notre étude vient donc combler cette carence. Par le biais de méthodes immunohistochimiques, nous avons investigué la localisation du CB1R et de l’enzyme FAAH à différentes excentricités rétiniennes, de la fovéa centralis vers la périphérie. Nos résultats, en accord avec notre hypothèse de travail, démontrent que CB1R et FAAH sont exprimés à travers toute la rétine mais avec, cependant, des différences notoires. Au niveau de la couche des photorécepteurs, CB1R est exprimé préférentiellement dans les cônes et ce patron d’expression suit la distribution des photorécepteurs centre-périphérie. De plus, CB1R se retrouve surtout dans les pédicules des cônes de la couche plexiforme externe. CB1R et FAAH sont abondants dans les cellules bipolaires tant au centre qu’en périphérie. Le soma et l’axone des cellules ganglionnaires expriment aussi CB1R et FAAH. Ces données suggèrent que le système eCB est présent à travers toute la rétine du primate et pourrait expliquer les perturbations visuelles entrainées par la marijuana, telles la photosensibilité et la vision des couleurs. / The effects of marijuana, a drug that has been used by men for millennia, on the visual system are poorly understood. A better understanding of the distribution of the endocannabinoid system in the retina will help us explain how this drug affects vision. This study aims at characterizing the distribution of the endocannabinoid receptor CB1 (CB1R) and the enzyme degrading CB1R ligands, fatty acid amide hydrolase (FAAH) throughout the Green monkey retina (Chlorocebus sabaeus). In addition, it seeks to determine which sub-population of neurons expresses CB1R and the degrading enzyme FAAH. Most data on the endocannabinoid system have been acquired in rodents and studies on monkeys are rather scarce. We attempted to fill this void by using immunohistochemical methods to locate CB1R and FAAH at various eccentricities of the monkey retina, from the center to the far periphery. Our results, in agreement with our hypothesis, demonstrate that CB1R and FAAH are expressed throughout the retina. At the level of the photoreceptors, CB1R is expressed preferentially in cones rather than in rods, and this expression pattern follows the photoreceptors distribution. In the outer plexiform layer, CB1R immunoreactivity is predominantly concentrated in the cone pedicles. Although foveal cones are the main expressers of both CB1R and FAAH, these are also found in rod bipolar cells. The ganglion cell axons strongly express the CB1 receptor and the enzyme FAAH. These data suggest that the presence of CB1R throughout the retina may be responsible for the visual effects commonly reported by cannabis users, such as the increase in photosensitivity and alterations in color discrimination.

Tau est une protéine associée aux microtubules enrichie dans l’axone. Dans la maladie d’Alzheimer, Tau devient anormalement hyperphosphorylée, s’accumule dans le compartiment somato-dendritique et s’agrège pour former des enchevêtrements neurofibrillaires (NFTs). Ces NFTs se propagent dans le cerveau dans un ordre bien précis. Ils apparaissent d’abord dans le cortex transenthorinal pour ensuite se propager là où ces neurones projettent, c’est-à-dire au cortex entorhinal. Les NFTs s’étendent ensuite à l’hippocampe puis à différentes régions du cortex et néocortex. De plus, des études récentes ont démontré que la protéine Tau peut être sécrétée par des lignées neuronales et que lorsqu’on injecte des agrégats de Tau dans un cerveau de souris, ceux-ci peuvent pénétrer dans les neurones et induire la pathologie de Tau dans le cerveau. Ces observations ont mené à l’hypothèse que la protéine Tau pathologique pourrait être sécrétée par les neurones, pour ensuite être endocytée par les cellules avoisinantes et ainsi propager la maladie. L’objectif de la présente étude était donc de prouver la sécrétion de la protéine Tau par les neurones et d’identifier par quelle voie elle est secrétée. Nos résultats ont permis de démontrer que la protéine Tau est sécrétée par des neurones corticaux de souris de type sauvage ainsi que dans un modèle de surexpression dans des cellules HeLa et PC12. Nos résultats indiquent que la sécrétion de Tau se ferait par les autophagosomes. Finalement, nous avons démontré que la protéine Tau sécrétée est déphosphorylée et clivée par rapport à la protéine Tau intracellulaire non sécrétée. / Tau, a microtubule-associated protein, is enriched in the axon. In Alzheimer’s disease, Tau becomes hyperphosphorylated, redistributes to the somato-dendritic compartment and forms aggregates called neurofibrillary tangles (NFTs). The NFTs propagates in a predictable manner in particular neuronal networks. Indeed, they appear in the trans-entorhinal region and then propagate to the entorhinal cortex where the trans-entorhinal cortex projects. Then, the NFTs propagate to the hippocampus and to different regions of the cortex and neocortex. Recent studies have reported that Tau can be secreted by neuronal cell lines. Besides, when aggregates of Tau protein were injected in mouse brain, they could enter neurons and induced Tau pathology. Based on those observations, it was speculated that Tau could be secreted by neurons and then captured by neighbouring cells to propagate Tau pathology in the brain. The goal of the present study was to prove that Tau can be secreted by neurons and to find the secretory pathway involved in Tau secretion. Moreover, the phosphorylation state of Tau protein was examined and compared to intracellular non-secreted Tau. Our results showed that Tau is secreted by cortical neurons isolated from wild-type mice and by HeLa and PC12 cells overexpressing human Tau. Our results also indicated that autophagosomes would be involved in Tau secretion. Finally, we found that secreted Tau was dephosphorylated and cleaved compared to the non-secreted intracellular Tau.