Les effets de l'infection prénatale H1N1 chez E16 sur les systèmes de signalisation FMRP, glutamate, GABA et Réelin dans le développement du cervelet murin

Aperçu: G.M.

L'infection virale prénatale a été identifiée comme un facteur de risque potentiel pour le développement de troubles neurodéveloppementaux tels que la schizophrénie et l'autisme.  

L'étude a caractérisé les profils de développement de marqueurs sélectionnés pour ces systèmes dans des cérébelles de souris nées de souris enceintes infectées par le virus de la grippe humaine (H1N1) .

Le cervelet a été choisi du fait des preuves émergentes selon lesquelles il joue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et le traitement émotionnel, tous perturbés dans l'autisme et la schizophrénie.

L'étude fournit des preuves de perturbation de la FMRP, de la glutamatérgie et de la signalisation de Reelin chez la progéniture de souris exposée qui explique les multiples anomalies cérébrales observées dans ce modèle animal.  

J Neurosci Res. 2017 May;95(5):1110-1122. doi: 10.1002/jnr.23949. Epub 2016 Oct 13.

The effects of prenatal H1N1 infection at E16 on FMRP, glutamate, GABA, and reelin signaling systems in developing murine cerebellum

Fatemi SH^1,2, Folsom TD¹, Liesch SB¹, Kneeland RE¹, Karkhane Yousefi M^1,3, Thuras PD⁴.

Author information

1

Department of Psychiatry, Division of Neuroscience Research, University of Minnesota Medical School, Minneapolis, Minnesota.

2

Department of Neuroscience, University of Minnesota Medical School, Minneapolis, Minnesota.

3

Department of Psychiatry and Behavioral Neurosciences, Wayne State University, Detroit, Michigan.

4

VA Medical Center, Department of Psychiatry, Minneapolis, Minnesota.

Abstract

Prenatal viral infection has been identified as a potential risk factor for the development of neurodevelopmental disorders such as schizophrenia and autism. Additionally, dysfunction in gamma-aminobutyric acid, Reelin, and fragile X mental retardation protein (FMRP)-metabotropic glutamate receptor 5 signaling systems has also been demonstrated in these two disorders. In the current report, we have characterized the developmental profiles of selected markers for these systems in cerebella of mice born to pregnant mice infected with human influenza (H1N1) virus on embryonic day 16 or sham-infected controls using SDS-PAGE and Western blotting techniques and evaluated the presence of abnormalities in the above-mentioned markers during brain development. The cerebellum was selected in light of emerging evidence that it plays roles in learning, memory, and emotional processing-all of which are disrupted in autism and schizophrenia. We identified unique patterns of gene and protein expression at birth (postnatal day 0 [P0]), childhood (P14), adolescence (P35), and young adulthood (P56) in both exposed and control mouse progeny. We also identified significant differences in protein expression for FMRP, very-low-density lipoprotein receptor, and glutamic acid decarboxylase 65 and 67 kDa proteins at specific postnatal time points in cerebella of the offspring of exposed mice. Our results provide evidence of disrupted FMRP, glutamatergic, and Reelin signaling in the exposed mouse offspring that explains the multiple brain abnormalities observed in this animal model. © 2016 Wiley Periodicals, Inc.

© 2016 Wiley Periodicals, Inc.

PMID: 27735078

PMCID: PMC5352480 [Available on 2017-11-01]

DOI: 10.1002/jnr.23949

Prenatal exposure to bacterial endotoxin reduces the number of GAD67- and reelin-immunoreactive neurons in the hippocampus of rat offspring

Traduction: G.M.

L'exposition prénatale à l'endotoxine bactérienne réduit le nombre de GAD67 et neurones immunoréactif à la reelin dans l'hippocampe de la progéniture de rats.
D Nouel, Burt M, Zhang Y, L Harvey, P. Boksa

Résumé
Des études épidémiologiques impliquent une infection prénatale en tant que facteur de risque pour le développement de la schizophrénie et l'autisme.
Les sujets souffrant de schizophrénie et d'autisme sont signalés comme présentant des niveaux réduits d'acide glutamique décarboxylase 67 (GAD67), un marqueur de neurones GABA, dans diverses régions du cerveau.
Une réduction des niveaux de reelin, une glycoprotéine sécrétoire présente dans une sous-population de neurones GABA, a également été trouvée dans ces troubles.
Pour tester si une infection prénatale peut causer des anomalies au niveau de GAD67 et de reelin dans le cerveau des enfants, cette étude a utilisé un modèle de rat avec une exposition prénatale à l'endotoxine bactérienne, le lipopolysaccharide (LPS), et une évaluation du nombre de GAD67-immunoréactive (GAD67 +) et de reelin- immunoréactive (reelin +) dans les neurones dans l'hippocampe de la progéniture.
Chez la progéniture 14 jours après la naissance (PD14), les numérations cellulaires de GAD67 + ont été réduites dans le gyrus denté dans le groupe prénatal LPS par rapport au groupe contrôle et à PD28, GAD67 + les cellules ont été réduites dans le groupe prénatal LPS dans les deux gyrus denté et CA1.
Il y avait une diminution du nombre de cellules + reelin dans la descendance prénatale LPS par rapport aux témoins dans le gyrus denté au PD14.

Cependant, l'utilisation du Western blotting, ne montre aucun effet significatif de LPS prénatal sur les niveaux de GAD67 ou protéine reelin observé dans diverses régions du cerveau au PD14.

Ces résultats appuient l'idée que l'infection prénatale peut entraîner des réductions dans l'expression postnatal de GAD67 et reelin, et de cette façon, peut-être contribuer à la physiopathologie de la schizophrénie ou l'autisme.

New study presents surprising view of brain formation

Une nouvelle étude présente une vue surprenante de la formation du cerveau
Traduction G.M.

Une étude de l'Institut Scripps Research a dévoilé un mécanisme surprenant qui contrôle la formation du cerveau. Les résultats ont des implications pour la compréhension de nombreuses maladies, y compris certaines formes de retard mental, l’épilepsie, la schizophrénie et l'autisme.
La recherche, dirigée par professeur Ulrich Mueller de Scripps Research, a été publiée dans la revue Neuron le 10 Février 2011.

Dans cette nouvelle étude, Mueller et ses collègues s’intéressent à sur une protéine appelée reelin. Ils ont trouvé reelin est un acteur clé dans la migration des cellules nerveuses au néocortex, la partie du cerveau responsable des fonctions d'ordre supérieur, tels que la langue et de mouvement.
De manière inattendue, les scientifiques ont également trouvé que la protéine reelin affecte le processus indépendant de migration des cellules gliales, qui servent souvent à orienter le mouvement des cellules nerveuses.


Une migration critique
Comme le cerveau humain se développe, les cellules nerveuses nouvellement formés voyagent de leur lieu d'origine vers différentes régions du cerveau. Une fois qu'elles atteignent la destination appropriée, les cellules nerveuses communiquent entre elles pour former des circuits complexes et des réseaux, responsables de diverses fonctions du cerveau. Tout ce qui perturbe le cours de cette migration de cellules nerveuses a pour résultat un cerveau mal configuré et les conséquences sont généralement catastrophiques.
Il y a plus de 50 ans, les chercheurs ont découvert un type de souris mutante avec un néocortex et le cervelet complètement désorganisées, affectant la capacité de l'animal à marcher normalement. Plus tard, les chercheurs ont découvert que cette souris, appelé «reeler» en raison de sa démarche titubante, a été affecté par une mutation dans un gène particulier, surnommé reelin, qui code pour une protéine produite par les cellules nerveuses.
L'homologue humain du gène est muté chez les enfants avec lissencéphalie , littéralement "cerveau lisse",un état qui se traduit par un cerveau qui n'a pas ses plis caractéristiques. Les mutations de la protéine reelin ont également été identifiées chez les enfants avec un cerveau anormalement petit, ou une microcéphalie.
Bien que ces observations indiquent que reelin doit jouer un rôle clé dans la formation du cerveau proprement dit, jusqu'à présent on ne savait pas exactement ce qu’était ce rôle.

Les fonctions probables de Reelin
Depuis l'identification du gène reelin en 1995, les chercheurs ont découvert que la protéine correspondante est libérée par certaines cellules nerveuses et se lie aux récepteurs sur d’autres cellules nerveuses. Cette fixation déclenche alors une cascade de réactions chimiques, ou une voie de signalisation, dans la cellule nerveuse. Ces voies de signalisation peuvent éventuellement produire un changement de cellule cible, ils sont un des moyens par lesquels les cellules répondent à des stimuli de leur environnement.
«Nous savions que reelin se lie à plusieurs récepteurs sur les cellules nerveuses et déclenche différentes voies de signalisation, mais une question nous avons voulu nous poser est : « Est-ce que ces voies régulent la migration ? ", a déclaré Mueller. «Et si elles le font, comment?"
Pour commencer à répondre à ces questions, le groupe combiné plusieurs technologies qui sont devenues disponibles ces dernières années. Les scientifiques ont marqué les cellules nerveuses dans le cerveau d'embryons de souris avec des colorants fluorescents et puis, en utilisant des microscopes spéciaux, observé le déplacement des cellules en temps réel dans le néocortex du cerveau.
De cette façon, l'équipe de Mueller a comparé le mouvement des cellules nerveuses chez les souris normales, avec une voie reelin intact, et les souris mutantes, dans laquelle la reelin a bloqué des voies de signalisation. Les scientifiques ont été surpris par ce qu'ils ont vu.

Sur la piste des cellules
Les chercheurs savaient depuis longtemps que les cellules nerveuses nouvellement formées rampent le long d'un type particulier de cellules dans le cerveau, appelée cellule gliale, qui agit comme un guide cellulaire pour les cellules nerveuses. Mais ces dernières années, des études ont révélé que certaines cellules nerveuses peuvent trouver leur destination indépendamment des cellules gliales. Ces cellules nerveuses développent un bras qui s’étire pour trouver le chemin correct, puis le corps de la cellule suit la voie.
Les chercheurs avait supposé que la formation du néocortex était lié à la première stratégie: la migration des cellules gliales orientées. Mais grâce à leurs études d'imagerie, Mueller et ses collègues ont constaté que le contraire était vrai. Ils ont découvert que lorsque la voie reelin est inactivée dans les cellules nerveuses, ces cellules ne migrent plus au bon endroit dans le néocortex, comme ils le font chez les souris normales. Ces cellules nerveuses se déplacent ; elles ne suivent pas les cellules guides, les cellules gliales, mais plutôt en se fondant sur leurs propres moyens.

"Reelin n'affecte pas la migration des cellules gliales guide, mais une mutation reelin perturbe la mise en place de l'architecture du cerveau», a déclaré Mueller.
Cette constatation implique que la migration indépendante des cellules gliales est beaucoup plus importante dans la formation du néocortex que les scientifiques n’avaient prévu et que reelin contrôle en quelque sorte ce processus.

Trouver des gènes de maladies
Bien que le mécanisme par lequel reelin influe sur la migration n'est pas totalement compris, le groupe Mueller a identifié quelques-unes des molécules que reelin "utilise" afin de produire son effet.
Une autre classe bien connue de molécules qui jouent un rôle dans la formation du cerveau est composé de cadhérines - ces protéines fournissent une « colle » moléculaire qui permet aux cellules de se coller les unes aux autres pendant qu’elles se déplacent. Mueller et ses collègues ont montré que reelin contrôle la fonction des cadhérines dans les cellules nerveuses.
Les prochaines études devraient identifier les autres facteurs . Et, comme ces nouvelles molécules sont découvertes, Mueller prévoit de collaborer avec des généticiens afin de chercher des mutations dans les gènes correspondants.

"Nous pourrions trouver d'autres gènes impliqués dans la schizophrénie et l'autisme», dit-il. «Nous savons déjà que certaines cadhérines sont impliqués dans le trouble du spectre autistique».