Dissertations / Theses on the topic 'Axonal loss'

Axonal degeneration is the major cause of disability in progressive multiple sclerosis (MS). It has been shown that in MS and relevant disease models, demyelinated axons harbor an increased number of mitochondria, which is reflected in bigger stationary sites of mitochondria, increased mitochondrial activity and increased transport speed of mitochondria. This axonal response of mitochondria to demyelination (ARMD) is protective, as there is an increase in energy demand due to the redistribution of sodium channels along the axon following demyelination. However, it remains to be determined how this ARMD is mounted and how mitochondrial dynamics are involved. By using in vivo and in vitro systems we are determined to elucidate the transport and fusion dynamics of the ARMD and where these additional mitochondria come from. Using a cerebellar slice culture system with lysolecithin induced demyelination, we show that the increase in mitochondrial occupancy of the axon already occurs at 24 hours after demyelination and plateaus around 3 to 4 days after demyelination. At 24 hours, there was a steep increase in the mitochondrial numbers inside the axon, which is then followed by an increase in mitochondrial size over the following days. All parameters decrease again over the following days, but remain elevated compared to baseline even 12 days after demyelination. To determine the source of these additional mitochondria and to assess the fusion dynamics within the axon, we used a lentivirus expressing a mitochondrial targeted photoconvertible dye (mEOS2) to label mitochondria in Purkinje cells. The mitochondria that are labelled green in the Purkinje cell axons are then photoconverted to red by illuminating the initial part of the axon with a 405-nm laser and imaged over the following 20 minutes to determine the transport and fusion dynamics. This showed an increased number of mitochondria moving from the cell body into the axon, as well as an increase in retrograde transport of mitochondria in the demyelinated compared to the myelinated axons. Furthermore the size of newly transported mitochondria and their speed was increased in the anterograde direction. Furthermore, the fusion rate of newly transported mitochondria with stationary converted mitochondria was increased in the demyelinated axons compared to myelinated control. These changes can also be observed in unmyelinated axons, as well as axons of cerebellar slices of the dysmyelinating shiverer mutant with or without lysolecithin treatment. The manipulation of mitochondrial dynamics after demyelination with the fission inhibitor mdivi-1 and the ATPase inhibitor oligomycin both showed an increasing or decreasing effect on the mitochondrial parameters after demyelination respectively. The effect on the axonal health after demyelination was detrimental with both of these treatments. Increasing mitochondrial biogenesis with pioglitazone increased axonal mitochondrial parameters, as well as ameliorated axonal damage after demyelination with lysolecithin. As the neuronal cell bodies in MS harbour mitochondrial DNA deletions, which affects their physiology, including energy production efficiency, another aim of this thesis was to model this deficiency in vitro. As it was not possible to model these mitochondrial defects in vitro within the experiments of this thesis, the characterization of a mitochondrial mutant in vivo model was done as a contribution to a greater set of experiments performed by other members of the Mahad lab.

Axonal loss and remyelination are major pathological substrates implicated in the balance between recovery and fixed disability that occurs following optic neuritis and other forms of relapse in multiple sclerosis. Optic neuritis is an ideal model for studying the functional consequences of a single demyelinating lesion. Several quantitative measures of vision can assess function of the anterior visual pathway, and electrophysiological testing can provide measures of axonal integrity and myelination. These measures are highly reproducible and permit the functional relevance of any structural changes to be determined. The studies presented in this thesis applied three retinal imaging techniques and three optic nerve MRI techniques to investigate the extent and functional significance of axonal loss and remyelination following optic neuritis. Two of the retinal imaging measures, optical coherence tomography (OCT) and scanning laser polarimetry, demonstrated functionally relevant neuroaxonal loss in patients with incomplete recovery following optic neuritis. In acute optic neuritis patients, OCT detected retinal nerve fibre layer (RNFL) thinning after three months and quantified acute peripapillary RNFL swelling in bulbar cases. MRI-detected optic nerve atrophy correlated well with OCT RNFL thinning supporting the hypothesis that axonal loss is the major substrate of atrophy. Furthermore, there was evidence from the atrophy study of retrograde degeneration from the optic nerve to RNFL to macula. Optic nerve diffusion tensor imaging demonstrated increased mean diffusivity and reduced fractional anisotropy in nerves affected by optic neuritis compatible with a process of axonal disruption or loss. Optic nerve magnetisation transfer ratio in affected optic nerves correlated with both visual evoked potential latency and RNFL thickness suggesting that MTR may not be an exclusive marker of myelination alone and also reflects co-existent axonal loss. Anterior visual pathway imaging may be useful in monitoring therapies that aim to prevent axonal loss and enhance remyelination in optic neuritis.

La paraplejía espástica hereditaria agrupa un conjunto de desórdenes neurodegenerativos caracterizados por espasticidad y rigidez muscular. Todos ellos están relacionados clínica y patológicamente con problemas en el desarrollo axonal del tracto corticoespinal y las columnas dorsales de la médula espinal. Hasta la fecha se han descrito 77 genes asociados a esta enfermedad. Sus mutaciones afectan a diversas funciones celulares como el transporte intracelular, la función mitocondrial o el metabolismo lipídico, entre otras. Entre estos genes se encuentra CPT1C. CPT1C es una carnitina palmitoil transferasa que se encuentra localizada en el RE de neuronas. A diferencias del resto de CPTs, CPT1C no presenta actividad catalítica pero mantiene la capacidad de unir malonil-CoA. El malonil-CoA es un intermediario en la síntesis de ácidos grasos, y sus niveles varían según el estado energético de la célula. Recientemente se ha sugerido que CPT1C podría ser un sensor de malonil-CoA y regular la función de otras proteínas. Entre las posibles proteínas interactoras de CPT1C se encuentra la protrudina. Se ha descrito el papel de la protrudina en el transporte y desarrollo axonal, pero no cuál es su mecanismo regulador. En esta tesis proponemos que CPT1C podría interaccionar con protrudina y, mediante la unión a malonil-CoA, regular el transporte y desarrollo axonal. Para ello se han realizado dos aproximaciones. En primer lugar se ha estudiado la implicación de CPT1C en el crecimiento axonal y dendrítico en neuronas corticales procedentes de embriones de ratones WT y KO CPT1C. En segundo lugar se ha estudiado la interacción de CPT1C con protrudina y su papel en la localización y transporte de endosomas tardíos en células HeLa. En ambas aproximaciones se ha estudiado la influencia de la unión de malonil-CoA a CPT1C. Los resultados obtenidos demuestran que CPT1C es necesaria para el correcto crecimiento axonal y ramificación dendrítica dependiendo de su unión a malonil-CoA. En este trabajo hemos podido demostrar además la interacción de CPT1C con protrudina, y describir su papel en la regulación de la localización y transporte de LEs, función que se encuentra regulada por la unión de malonil-CoA.

Les maladies neurodégénératives se caractérisent par une déconnexion synaptique et une dégénérescence des axones (DA) précoces, menant à la mort spécifique d’une population neuronale. Les niveaux intracellulaires de NAD+, co-facteur essentiel dans le maintien de l’intégrité axonale, sont fortement diminués lors de ces pathologies. L’augmentation des taux de NAD+ est ainsi une stratégie thérapeutique dans la prévention de ces maladies. La capacité du nicotinamide riboside (NR) à retarder la DA dans le système nerveux périphérique (SNP) ainsi que la récente mise en évidence d'une conversion extracellulaire du NAD+ en NR dans des lignées cellulaires et dans le SNP soulignent l'intérêt de ce précurseur du NAD+. Mon projet de thèse repose sur la caractérisation des effets du NAD+ et du NR lors de la DA dans des neurones du système nerveux central (SNC). A partir d'un modèle d'excitotoxicité mis au point en dispositifs microfluidiques, nous montrons pour la première fois que le NR protège de la DA dans des neurones corticaux de manière plus efficace que le NAD+. Cet effet différentiel a également été validé dans un modèle ischémique in vivo. De manière surprenante, lors d'une neurodégénérescence induite par une déplétion aigüe en NAD+, un effet protecteur total à la fois du NAD+ et du NR a été mis en évidence. L'analyse de la voie de conversion extracellulaire a ainsi révélée une adaptation du métabolisme du NAD+ et de sa conversion en NR en fonction du paradigme neurotoxique. En conclusion, ce travail démontre un fort effet protecteur du NR dans le SNC et ouvre de nouvelles voies thérapeutiques dans la prévention des processus neurodégénératifs
Synaptic and axonal degeneration (AxD) are major events in neurodegenerative diseases. Levels of NAD+, an important coenzyme for axonal integrity, are strongly reduced in different degeneration models so enhancing cellular NAD+ is one of the numerous therapeutic strategies against neuronal pathologies. Nicotinamide riboside (NR) is a good NAD+ precursor as it has already been shown to delay AxD in peripheral nervous system (PNS) and extracellular NAD+ conversion to NR was previously described in cell lines and in PNS. During my thesis project, we analyzed the role of NR metabolism to prevent degeneration processes in cortical neurons. Using an excitotoxicity model developed in microfluidic devices, we showed for the first time that both NAD+ and NR delay AxD in cortical neurons, with a more potent effect for NR. We confirm this differential effect in an in vivo ischemic model. Moreover, NR effect is mainly restricted to the axonal compartment and intracellular NAD+ depletion is reverted after NR application, suggesting that axonal integrity is totally dependent on NAD+ local metabolism. Furthermore, in a complete NAD+ depletion paradigm, NAD+ and NR have surprisingly the same strong effect, protecting equally neuronal death and AxD. Examination of the extracellular pathway suggest that NAD+ conversion to NR is limited in excitotoxicity but effective in the NAD+ depletion model. These results reveal that NR and NAD+ metabolism depend on the neurotoxic paradigm. Our results demonstrate that NR has a strong and local neuroprotective effect on AxD in several neurotoxic processes. These findings open new therapeutic strategies to prevent neurodegenerative diseases

Des études récentes ont montré que le contrôle post-transcriptionnel des ARNms joue un rôle essentiel sur la croissance et le guidage axonal, processus permettant la mise en place de circuits neuronaux. Afin d’étudier ce type de régulation in vivo, mon projet de thèse visait à caractériser Hrp48, une protéine de liaison aux ARNs appartenant à la famille conservée des hnRNPA/B. J’ai montré que l’inactivation d’hrp48 entraîne des défauts de croissance axonale comme des neurones projetant leurs axones dans une mauvaise direction ou au-delà de leur cible classique, défauts remarquablement plus forts chez les femelles que chez les mâles. Mes travaux ont révélé que la protéine femelle-spécifique Sex-léthal s’accumule ectopiquement dans le noyau des cellules mutantes hrp48, ce qui pourrait être à l’origine des défauts sexe-spécifiques de migration axonale observés. En parallèle, j’ai montré que l’inactivation de sema-1a, une cible ARNm putative d’Hrp48, provoque des défauts proches des mutants hrp48, et qu’hrp48 et sema-1a interagissent génétiquement. Par ailleurs, le niveau général d’ARNm sema-1a est plus faible chez les femelles que chez les mâles. Ces résultats suggèrent donc qu’une dérégulation de sema-1a pourrait induire les défauts sexe-spécifiques de croissance axonale observés en contexte mutant hrp48. Ce travail a permis de proposer un modèle préliminaire de régulation post-transcriptionnelle par une protéine de liaison aux ARNs de la famille hnRNPA/B in vivo et a mis en évidence des différences cryptiques entre les femelles et les mâles. Il s’inscrit dans le cadre d’études récentes révélant des différences sexe-spécifiques dans le contrôle de l’expression des gènes
Recent studies have shown that post-transcriptional regulatory mechanisms play essential roles in axon growth and guidance, processes involved in the establishment of neuronal circuits during development. To study these mechanisms in vivo, my project aimed at characterizing the role of the RNA-binding protein Hrp48, which belongs to the conserved hnRNP A/B family. I showed that inactivating hrp48 function leads to strong and specific axon migration defects, including axon misguidance and overextension. Notably, I have observed that the frequency of hrp48 mutant phenotypes is much higher in females than in males. Moreover, I showed that the female-specific Sex-lethal protein ectopically accumulates in the nucleus of mutant cells. This abnormal nuclear accumulation could explain the sex-specific defects observed in axonal migration. In parallel, I could show that inactivation of sema-1α, an Hrp48 putative mRNA target, causes defects similar to those observed in hrp48 mutants, and that hrp48 and sema-1 α genetically interact. Moreover, the overall levels of sema-1 α transcripts are much lower in females than in males. These results suggest that sema-1 α misregulation may induce the sex-specific defects in axonal growth observe upon hrp48 downregulation. Tis work has allowed us to propose a preliminary in vivo model for a post-transcriptional regulatory mechanism controlled by a member of the hnRNP A/B family. Furthermore, it has revealed cryptic differences between females and males in the context of recent studies revealing sex-specific differences in the control of gene expression

Memoria para optar al título de Bioquímico
Las neuronas son células que permiten la conducción nerviosa mediante potenciales de acción. Para lograr esto, evolucionaron y desarrollaron una proyección altamente especializada llamada axón, en la cual se concentran canales iónicos de membrana que permiten el flujo de iones. Los canales de sodio activados por voltaje (Nav) son los canales iónicos que permiten la generación y propagación de los potenciales de acción. En el caso de los axones mielinizados, estos se concentran en el segmento inicial del axón y en los nodos de Ranvier, constricciones simétricas de la vaina de mielina donde se regenera el potencial de acción. Su abundancia y distribución a lo largo del axón no son fijas, sino que varían durante procesos como desarrollo y regeneración axonal. Se sabe que los axones son capaces de sintetizar proteínas localmente. A la fecha se ha reportado que la síntesis axonal de proteínas se ve aumentada en respuesta a daño axonal. Sin embargo, se desconoce si proteínas de membrana también son sintetizadas y traficadas localmente. En este contexto se ha reportado un aumento de Nav luego de daño axonal. El objetivo de este trabajo es establecer si la síntesis axonal de proteínas y la ruta secretoria local contribuyen a reestablecer los niveles de Nav en nodos de Ranvier luego de daño axonal. Para evaluar esto, se utilizó un modelo de daño axonal generado a partir de la transección de nervio ciático de rata. Se inhibió la síntesis y ruta secretoria axonal mediante la aplicación in vivo de cicloheximida (CHX) y brefeldina A (BFA) respectivamente. Ambos fármacos fueron inyectados independientemente en el nervio transectado. Se evaluó su efecto sobre la abundancia y distribución de Nav mediante inmunofluorescencia y western blot. En primer lugar, se corroboró que el daño axonal produce un aumento de los Nav en los nodos de Ranvier. Esta sobreexpresión de los canales de sodio activados por voltaje producto de daño axonal es bloqueada al inhibir la síntesis y ruta secretoria axonal con herramientas farmacológicas. Estos datos sugieren la existencia de una ruta biosintética y de tráfico axonal capaz de mediar el rápido aumento de Nav en procesos de regeneración axonal
Neurons are highly polarized cells that evolved to transmit nerve impulses. To achieve this function, they developed a process called the axon that concentrates ion channels. Voltage gated sodium channels (Nav) are responsible for generating and propagating action potentials. In myelinated axons, these proteins are concentrated at the axon initial segment (AIS) and at the nodes of Ranvier. Nodes are symmetric constrictions of the myelin sheath where action potentials are regenerated. The availability and distribution of Nav are plastic, meaning they change during developmental stages or regeneration. It is currently known that axonal protein synthesis in enhanced in response to axonal injury. However, it is still unknown whether local protein synthesis controls the abundance of membrane proteins in the axon and if Nav are subject to this regulation. The aim of this work is to study if Nav upregulation after axonal injury is related with axonal protein synthesis and the axonal secretory route. To evaluate this, we used an axonal injury model generated from the transection of the rat sciatic nerve. Local synthesis and the function of the axonal secretory route were inhibited in vivo using cycloheximide (CHX) or brefeldin A (BFA) respectively. Both drugs were injected in the nerve right after transection. The effect on Nav was evaluated by immunofluorescence and western blot. First, we corroborated that axonal injury enhances Nav at nodes of Ranvier. This upregulation disappears when axonal protein synthesis or the local secretory route were inhibited. Our data suggest the existence of an axonal synthetic and trafficking route capable of mediating the fast Nav upregulation during axonal regeneration
ICM, número de proyecto P09-015-F; Fondecyt, 1140617

Les modifications de la structure axonale au cours de la démyélinisation et de la remyélinisation sont mal connues. Notre travail a analysé la distribution des protéines des domaines axonaux nodal (canaux sodium voltage dépendants Nav), paranodal (Paranodine/Caspr) et juxtaparanodal (Caspr2 et canaux potassiques voltage-dépendants Kv1. 2), dans des lésions démyélinisées et remyélinisées de SEP. Cette étude a été réalisée sur du tissu post-mortem, en immunohistochimie sur coupes flottantes. Nous avons analysé des lésions démyélinisées, des lésions partiellement remyélinisées et des shadow-plaques, en comparant l’expression des molécules nodales et périnodales par rapport à celle de la périplaque. Nos RESULTATS montrent que : - sur les axones démyélinisés, les Nav sont distribués de manière diffuse mais aussi sous forme d’agrégats lâches; les molécules para- et juxtapara-nodales ont une distribution uniquement diffuse. En outre, nos observations montrant que la limite de la plaque correspond à une jonction axo-gliale, suggèrent que c’est probablement à ce niveau que débute la démyélinisation. - lors de la remyélinisation réapparaissent des agrégats, dont beaucoup sont anormaux. Certains aspects suggèrent que la réagrégation des Nav précède l’agrégation de Paranodine/Caspr et la compaction myélinique. D’autres études sur des lésions de SEP, des modèles animaux et in vitro sont nécessaires pour préciser les facteurs impliqués dans l’organisation des domaines spécialisés de l’axone lors de la myélinisation et de la réparation myélinique. Nos résultats préliminaires in vitro suggèrent qu’un facteur soluble induirait l’agrégation des Nav sur des neurones de ganglion spinal

Après une lésion, les neurones du système nerveux périphérique (SNP) sont capables de régénérer leurs axones. Ces axones, en intégrant les signaux environnementaux, subissent des modifications morphologiques et fonctionnelles hautement dépendantes du cytosquelette et notamment des microtubules (MT). MAP1B (MT-Associated protein1B), dont la fonction est régulée par phosphorylation (MAP1B-P), est impliquée dans le guidage et le branchement axonal. Cependant, les voies de signalisation aboutissant à sa phosphorylation restent méconnues. Mes travaux de recherche ont porté sur l’étude des JNK (cJun N-terminal Kinase), famille de protéines comprenant trois isoformes (JNK1, 2 et 3). Après une lésion du SNP, nous montrons que les JNKs sont activées in vivo et in vitro dans les axones en régénération. Nos analyses morpho-fonctionnelles, sur des cultures de neurones sensoriels adultes, révèlent que les JNK sont indispensables à l’initiation et l’élongation axonales. Nous montrons que les isoformes des JNKs interviennent de façon différentielle dans la régénération: alors que JNK2 et JNK3 participent à la formation de l’axone, JNK1 et JNK2 sont indispensables à son élongation, et ce, en régulant la phosphorylation de MAP1B. Mes recherches ont ensuite porté sur l’étude du rôle de la GSK3β (Glycogen synthase kinase 3) dans la phosphorylation de MAP1B et dans la régénération axonale. Nous montrons que la GSK3β, en régulant MAP1B-P et la dynamique des MTs, réprime le branchement des axones régénératifs. L’ensemble de ces résultats montrent que MAP1B est une protéine clé dans l’intégration des signaux extracellulaires et, par conséquent, dans le devenir de l’axone en régénération

Chez les animaux à vision binoculaire, la vision tridimensionnelle permet la perception de la profondeur grâce à l'intégration de l'information visuelle en provenance des deux yeux. La première étape de cette intégration est rendue possible anatomiquement par la ségrégation des axones controlatéraux et ipsilatéraux des cellules ganglionnaires de la rétine (CGR) au niveau du chiasma optique. Les axones controlatéraux croisent la ligne médiane au chiasma en route du nerf optique vers le cerveau. À l’inverse, les axones ipsilatéraux s'écartent du chiasma et continuent dans le tractus optique ipsilatéral, en évitant la ligne médiane vers leurs cibles cérébrales. Les mécanismes moléculaires à la base de ce phénomène ne sont pas complètement compris. Les études présentées dans cette thèse montrent que Boc, le récepteur de Sonic Hedgehog (Shh) dans le guidage axonal, est enrichi dans les CGRs ipsilatérales de la rétine en développement. La présence de Shh sur la ligne médiane, et le mode d'expression complémentaire du récepteur nous ont conduit à émettre l'hypothèse que Shh pourrait repousser les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma en activant le récepteur Boc. Conformément à cette hypothèse, nous avons constaté que seulement les CGR exprimant Boc se rétractent in vitro en réponse à Shh et que cette réponse est perdue dans les CGR mutantes pour Boc. In vivo, nous démontrons que Boc est requis pour la ségrégation normale des axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique et, inversement, que l'expression ectopique de Boc dans les CGR contralatérales empêche leurs axones de traverser le chiasma optique. Dans l’ensemble, ces résultats suggèrent que Shh repousse les axones ipsilatéraux au niveau du chiasma optique par son récepteur Boc. Cette première partie de notre travail identifie un nouveau couple ligand-récepteur requis pour la ségrégation des axones au niveau du chiasma optique. Une interaction moléculaire impliquée dans cette ségrégation implique l’éphrine-B2 et ses récepteurs EphB (EphB1). Dans la deuxième partie de notre travail, nous montrons, in vivo, en utilisant des souris doubles et quadruples mutantes pour les récepteurs Boc, EphB1 ou les trois récepteurs EphB, que l’abrogation des deux voies de signalisation Shh et éphrine-B2 conduit à l'absence de projections ipsilatérales. Ceci indique que les deux signalisations agissent de façon indépendante dans des voies parallèles. De manière intéressante, ces souris mutantes ont été utilisées comme modèle génétique pour démontrer des défauts dans la perception de la profondeur de champs chez des animaux dépourvus de projections visuelles ipsilatérales. Ainsi, les travaux présentés dans cette thèse démontrent pour la première fois que la formation des projections rétiniennes ipsilatérales est essentielle à l’établissement de la vision binoculaire et dépend des voies induites par les récepteurs d’éphrine-B2 et Shh.
In animals with binocular vision, three dimensional vision allows perception of depth through the integration of visual information from both eyes. The first step of this integration is possible anatomically with the segregation of contralateral and ipsilateral axons at the optic chiasm. Contralateral axons cross the chiasm midline as they progress from the optic nerve to the optic tract. In contrast, ipsilateral axons deviate from the chiasm and continue in the ipsilateral optic tract. The molecular mechanism underlying this phenomenon is not completely understood. The studies presented in this thesis show that the Sonic Hedgehog (Shh) receptor Boc is enriched in ipsilateral RGCs of the developing retina. Together with the presence of Shh at the midline, this complementary expression pattern led us to hypothesize that Shh might repel ipsilateral RGC axons at the chiasm. Consistent with this hypothesis, we found that only Boc positive RGC axons retract in vitro in response to Shh and that this response is lost in Boc mutant RGCs. In vivo, we show that Boc is required for the normal segregation of ipsilateral axons at the optic chiasm and, conversely, that Boc expression in contralateral RGCs prevents their axons from crossing the optic chiasm. Taken together, these results suggest that Shh repels ipsilateral RGC axons at the optic chiasm via its receptor Boc. This first part of this thesis identifies a novel receptor required for the segregation of axons at the optic chiasm. The other couple ligand-receptor involved in this segregation is the Ephrin-B2/EphB signalling. In the second part of this thesis, I show that in vivo, the abrogation of both signalling pathways using quadruple knockout mice of the receptor Boc and three EphB receptors led to the absence of ipsilateral projections, indicating that Shh and ephrinB2 signalling act independently in two parallel pathways. More importantly, these animals, used as a new genetic model to perform visual tests, had a diminished ability to perceive depth. Thus, this thesis demonstrates for the first time that the establishment of ipsilateral retinal projections, essential for accurate binocular vision and perception of depth, is made possible by the combination of EphB and Shh signalling.

Le morphogène Sonic hedgehog (Shh) est requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux lors du développement de la moelle épinière, phénomène impliquant des événements de réorganisation du cytosquelette d’actine. Bien qu’il soit généralement admis que le cytosquelette d’actine soit régulé via les petites GTPases de la famille Rho, un effet de Shh sur ces protéines n’a jamais été observé dans aucun contexte physiologique. Nous démontrons que Shh active les petites GTPases Rac1 et Cdc42 et que cette activation est rapide et donc, compatible avec les effets de guidage induits par Shh sur les neurones commissuraux. En parallèle, nous avons étudié l’activation de la protéine Boc, qui est un récepteur de Shh requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux. Ces résultats contribuent à raffiner notre compréhension de la transduction cellulaire induite par Shh lors du guidage axonal des neurones commissuraux.
Sonic hedgehog (Shh) is required for axon guidance of commissural neurons during spinal cord development, which involves reorganization of the actin cytoskeleton. Even if it is known that this process is regulated by small Rho GTPases, an effect of Shh on these proteins has not been clearly demonstrated. In this study, we show that Shh activates the small GTPases Rac1 and Cdc42. This activation occurs rapidly, which is compatible with the guidance effects of Shh on commissural neurons. In parallel, we characterized the Shh-dependent activation of Boc, which is a Shh receptor required for commissural axon guidance. Taken together, these results help refine our understanding of the signal transduction mediated by Shh during axon guidance of commissural neurons.

Tesis (Doctora en Neurociencias) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019
La Degeneración Axonal (DA) es un proceso normal del desarrollo del sistema nervioso. La DA participa junto con otros procesos (como el guiado axonal, el colapso de conos de crecimiento o la retracción axonal) en la maduración de los circuitos neuronales para que lleguen a ser funcionales. Interesantemente, muchos mecanismos moleculares que controlan la DA del desarrollo, también participan de la DA en condiciones patológicas, como en el caso de una lesión axonal (como ocurre en la Degeneración Walleriana) o en enfermedades neurodegenerativas (como en Alzheirmer o Parkinson). Es por todo esto que ha resultado de gran interés en los últimos años conocer en detalle los mecanismos involucrados en la destrucción del axón en diversos contextos. El citoesqueleto axonal participa directamente en la mantención estructural y funcional de los axones. Evidencias previas sugieren un rol de vías de señalización que controlan la dinámica del citoesqueleto de actina durante el desarrollo, lesiones axonales y algunas patologías. Sin embargo, hasta la realización del presente trabajo no existían evidencias de los cambios directos provocados por la degeneración en la estructura del citoesqueleto de actina y sus componentes asociados, como las estructuras periódicas de citoesqueleto asociado a membrana de actina/espectrina (MPS, por sus siglas en inglés). En este marco, el objetivo general de la tesis fue evidenciar cambios estructurales en el citoesqueleto de actina y el MPS de neuronas sensoriales en un modelo de DA del desarrollo (Privación de NGF, PNGF) y en un modelo de Degeneración Walleriana (DW, corte del axón), mediante métodos de microscopía de super-resolusión (STED y Microscopía de Expansión) y microscopía confocal. En primer lugar evidenciamos que la privación de NGF provoca cambios tempranos en el citoesqueleto de F-actina (axones y conos de crecimientos) y por nanoscopía STED demostramos que el remodelado de MPS es temprano y que su posterior pérdida precede la fragmentación axonal. Identificamos su rol clave en la mantención axonal cuando evidenciamos que la protección farmacológica del MPS retarda la fragmentación de los axones en vías de degeneración. En el segundo objetivo, validamos la utilización de Microscopía de Expansión cuantitativa para evidenciar el MPS y evaluar cambios en su abundancia y organización. En el tercer objetivo de la tesis utilizamos esta técnia para evaluar cambios en el citoesqueleto de actina y en la organización del MPS axonales durante la Degeneración Walleriana. Pudimos evidenciar cambios tempranos de F-actina en conos de crecimiento de axones distales. La organización y abundancia del MPS, también fue afectada significativamente a tiempos tempranos de la Degeneración Walleriana. Esta pérdida del MPS precedió la fragmentación axonal y la disrupción farmacológica de los mismos aceleró el proceso de pérdidas de axones. En su conjunto, los resultados del presente trabajo de tesis, aportan por primera vez datos claves sobre el rol estructural del citoesqueleto de F-actina y componentes asociados (MPS) en la mantención axonal en dos modelos de degeneración. Sumado a esto, también se logró poner a punto la técnica de Microscopía de Expansión como método cuantitativo de súperresolución para la observación del MPS utilizando microscopios de fluorescencia convencionales.
2021-12-31
Martínez, Gaby Fabiana. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Unsain, Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra; Argentina.
Cáceres, Alfredo Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra; Argentina.
Hereñú, Claudia Beatriz. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Farmacología Experimental de Córdoba; Argentina.
Quiroga, Santiago. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.