Дисертації з теми "Vagal complex"

The dorsal vagal complex (DVC), containing the nucleus of the solitary tract (NTS) and the dorsal motor nucleus of the vagus nerve (DMV), plays a pivotal role in autonomic regulation. Afferent fibers from peripheral organs and higher brain centers synapse in the NTS, which integrates these synaptic connections as well as information from systemically circulating hormones and metabolites. The integrated information is relayed to the dorsal motor nucleus of the vagus nerve (DMV), which in turn, projects motor fibers to elicit parasympathetic control of digestive and other viscera. Physiological functions mediated by the DVC are disrupted in diabetic patients and synaptic plasticity within the DVC has been linked to these complications. N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptors have been extensively studied for their involvement in synaptic plasticity in a variety of central nervous system disorders; and their activation in the DVC modulates hepatic glucose production and feeding behavior. Although chronic disease can alter NMDA function, changes in DVC expression and/or sensitivity of NMDA receptors in diabetic states has not been addressed. Using whole cell electrophysiology, functional properties of the nuclei in the DVC were investigated in normoglycemic and type 1 diabetic mice. Preterminal NMDA (preNMDA) receptors were discovered to tonically modulate excitatory neurotransmission on terminals contacting DMV neurons. While these preNMDA receptors were not found to differentially modulate tonic excitatory neurotranmission, soma-dendritic NMDA receptor responses of NTS neurons were augmented in type 1 diabetic mice. Through the use single-cell PCR, increased NMDA receptor responses could be correlated to neurons that mediate excitatory neurotransmission and would argue that augmented NMDA receptor responses increase vagal output. In general, enhancing vagal output decreases activity of connected peripheral organs. Molecular approaches were employed to corroborate the observed functional NMDA receptors changes to their protein and mRNA expression levels. Overall, results argue that NMDA receptors are involved in synaptic plasticity in DVC of type 1 diabetic mice to enhance excitatory neurotransmission. This modulation may potentially serve as a physiological counter regulatory mechanism to control pathological disturbances of gastrointestinal homeostatic reflex responses.

La metformine, un composé antidiabétique reste de nos jours recommandée comme traitement de première intention pour le diabète de type 2. Ses mécanismes d’action en tant que composé anti-hyperglycémiant sont de plus en plus documentés. En revanche, son action anorexigène et ses cibles centrales demeurent peu étudiées. Par ailleurs, des données croissantes de la littérature semblent indiquer que l’activité physique, souvent associée aux thérapies anti-obésité et antidiabétiques, pourrait accroitre la sensibilité des réseaux neuronaux aux signaux endogènes permettant de réguler la prise alimentaire et le poids corporel. Ceci suggère que l’efficacité des thérapies induisant des modulations d’expression de ces signalisations pourrait être directement augmentée par l’activité physique. Dans le présent travail, nous avons cherché i) à explorer les effets centraux de la metformine chez la souris et ii) à déterminer si l’activité physique pouvait potentialiser les effets de la metformine. L’ensemble de mon travail de thèse, réalisée en partenariat avec la société BIOMEOSTASIS, a permis d’apporter des éléments nouveaux quant aux mécanismes impliqués dans les effets centraux de la metformine et d’identifier la nesfatine-1 comme un acteur potentiel dans les effets anorexigènes de ce composé
Metformin, an antidiabetic compound, still remains a first-line treatment for type 2 diabetes. The mechanisms by which this compound exerts its antihyperglycemic effect are increasingly documented. However, its anorectic action and central targets remain less studied. Furthermore, increasing data in the literature suggest that physical activity, commonly associated with anti-obesity and anti-diabetic therapies, may increase neural networks’ sensitivity to endogenous signals involved in food intake and body weight control. This suggests that the efficacy of therapies inducing expression modulation of these signals may be directly enhanced by physical activity. In the present study, we sought i) to explore the central effects of metformin in mice and, ii) determine whether physical activity could potentiate the effects of metformin. All my work, in partnership with the company BIOMEOSTASIS brought new elements about mechanisms involved in the central effects of metformin and identified nesfatin-1 as a potential actor for the anorectic effects of this compound

Les interactions entre le cerveau et le reste du corps sont cruciales pour la survie de l'organisme. Le cerveau reçoit et intègre une multitude d'informations externes et internes et régule diverses fonctions physiologiques en permanence. Notamment, le système nerveux interagit étroitement avec le système immunitaire. En cas d'infection, les caractéristiques uniques du cerveau permettent une régulation optimisée des réponses immunitaires. Cela inclut la capacité du cerveau à détecter les signaux environnementaux, à anticiper les situations à venir et à transmettre rapidement des signaux à travers un vaste réseau de neurones innervant l'ensemble du corps en quelques millisecondes. Le nerf vague, reliant le cerveau aux organes viscéraux, est un support important de cette communication bidirectionnelle. Il est composé de branches sensorielles et motrices. Les afférences relaient les informations périphériques au complexe vagal dans le cerveau, qui transmet les signaux aux structures cérébrales plus profondes, tandis que les efférences motrices transmettent les réponses générées vers les organes cibles. Dans le traitement des informations intéroceptives, le cortex insulaire émerge comme un hub multimodal essentiel. En tant que cortex sensoriel, il reçoit diverses entrées des systèmes de détection externes tels que les cortex somatosensoriels et olfactifs, tout en étant densément interconnecté avec les régions comme le complexe vagal, traitant les signaux internes tels que les stimuli inflammatoires. Cela permet au cortex insulaire d'intégrer les informations extéroceptives et intéroceptives et de jouer un rôle central dans le ‘salient network'. Au sein de l'organisme, il peut optimiser les réponses à des situations spécifiques en régulant l'activité cardiaque ou intestinale, ainsi que les réponses immunitaires, mais les circuits qui médient ces fonctions ne sont pas bien connus. Compte tenu de l'importance du nerf vague dans la transmission d'informations entre le cerveau et la périphérie, ainsi que l'existence de projections du cortex insulaire vers le complexe vagal (InsCtxVC), nous émettons l'hypothèse que certaines fonctions du cortex insulaire sont médiées par le nerf vague. Pour étudier le rôle de l'InsCtxVC, nous avons d'abord caractérisé ces neurones anatomiquement à l'aide d'un virus rétrograde permettant leur marquage. Nous avons constaté que les neurones InsCtxVC sont principalement situés dans le cortex insulaire postérieur-intermédiaire dans la couche V, et expriment CTIP, un effecteur en aval de la voie Fezf2. Ensuite, nous avons examiné les entrées et sorties de ces neurones en utilisant des marqueurs viraux. Nos expériences ont révélé qu'au sein du complexe vagal, les neurones InsCtxVC établissent préférentiellement des synapses avec le NTS médian (plutôt que le NTS caudal ou le DMN), ainsi qu'avec l'amygdale centrale et le noyau parasubthalamique. De plus, nous avons analysé leurs entrées présynaptiques, mettant en évidence une innervation prédominante des cortex sensoriels, y compris le cortex insulaire lui-même, et les cortex somatosensoriels et olfactifs. Sur la base de nos résultats anatomiques et de la littérature, nous avons examiné divers contextes susceptibles de recruter l'InsCtxVC. Grace à des manipulations chemogénétiques et optogénétiques spécifiques de ces neurones, nous avons constaté que l'InsCtxVC n'est pas impliqué dans les comportements anxieux ou l'aversion gustative conditionnée neuro-immunitaire. Cependant, l'activation chemogénétique des neurones InsCtxVC lors d'une inflammation induite par le LPS exacerbe le comportement de maladie, incluant une perte de poids accrue, une élévation des cytokines pro-inflammatoires et de la corticostérone dans le sang.En conclusion, nos résultats caractérisent une population neuronale non décrite précédemment reliant le cortex insulaire à un centre parasympathique majeur régulant les réponses immunitaires périphériques
Brain-body interactions are crucial for organisms survival; the brain constantly receives external and internal information that it integrates to regulate various physiological function. Notably, the nervous system closely interacts with the immune system. In the case of inflammation, the brain's features enable an optimized regulation of immune responses. These features include the brain's ability to sense environmental cues, anticipate outcomes, and transmit signals rapidly through an extensive network of neurons innervating the entire body within milliseconds. The vagus nerve, linking the brain to visceral organs, is an important support of this bidirectional communication. It is composed of sensory and motor branches. Sensory afferences carry peripheral information to the vagal complex in the brain which transmits the signals to deeper brain structures, while motor efferences mediate the generated responses to targeted organs.In processing internal information, the insular cortex emerges as a critical multimodal hub. As a sensory cortex, it receives various inputs from external-sensing systems such as somatosensory, and olfactory cortices, while also being densely interconnected with regions processing internal cues such as inflammatory threats, such as the vagal complex. This allows the insular cortex to integrate exteroceptive and interoceptive information and play a pivotal role in the salience network. Within the organism, it can optimize responses to specific situations by regulating cardiac or intestinal activity, as well as immune responses, but the underlying circuits are poorly understood. Given the role played by the vagus nerve in transmitting information between the brain and the periphery, along with the presence of projections from the insular cortex to the vagal complex (InsCtxVC), we hypothesize that some of the insular cortex functions are mediated through the vagus nerve.To investigate the role of InsCtxVC, we first characterized these neurons anatomically using viral retrograde labeling. We found that InsCtxVC are predominantly located within the posterior-intermerdiate InsCtx, mainly in layer V, and express CTIP, a downstream effector of the Fezf2 pathway. Next, we examined the connectivity of these neurons using viral labeling of outputs and inputs. Our experiments revealed that within the vagal complex, InsCtxVC neurons preferentially synapse with the medial NTS (rather than caudal NTS or DMN), and the central amygdala and parasubthalamic nucleus. Additionally, we analyzed their presynaptic inputs, highlighting a predominant innervation from sensory cortices including the insula itself, the somatosensory and olfactory cortices. Based on our anatomical findings and existing litterature, we screened various contexts likely to recruit the InsCtxVC. Through specific chemogenetic and optogenetic manipulation of these neurons, we found that InsCtxVC are not involved in anxiety behaviors or neuroimmune conditionned taste aversion. However, chemogenetic activation of InsCtxVC neurons during early LPS-induced inflammation exacerbates sickness behavior, including increased weight loss, elevated blood proinflammatory cytokines and corticosterone response. Taken together, our results characterize a previsouly undefined neuronal population linking the insular cortex to a major parasympathetic center, which regulates immune responses in the periphery

Le contrôle central de la balance énergétique implique un réseau neuronal fortement régulé et distribué dans l’hypothalamus et le complexe vagal dorsal (CVD). Au sein de ces structures, les neurones exprimant la pro-opiomélanocortine (POMC) jouent un rôle prépondérant pour limiter la taille des repas et augmenter les dépenses énergétiques. Ainsi l’activité de ces neurones est modulée par la leptine, une hormone qui reflète l’état de réserve énergétique. Les microARN (miARN) sont des ARN non codant de 22 à 26 nucléotides qui régulent l’expression des gènes par appariement spécifique avec des ARNm cibles. Actuellement, le rôle des miARN dans la régulation de la balance énergétique au niveau central reste à être clarifié. Dans ce contexte, nous avons développé un modèle de souris transgéniques qui présentent une perte de l’expression de l’enzyme de maturation des miARN DICER dans les cellules exprimant la POMC. Une augmentation de la sensibilité hypothalamique à la leptine a été observée chez les animaux invalidés ce qui suggère un rôle important des miARN dans le contrôle de l’activité des neurones à POMC par la leptine. Alors, nous avons entrepris d’identifier et de caractériser les miARN qui ciblent potentiellement l’ARNm de la POMC. Une fois identifié les miARN candidats par une approche in silico, l’étude des souris obèses déficientes en leptine (ob/ob) ou en son récepteur (db/db) a montré que l’expression hypothalamique de miR-383, miR-384-3p et miR-488 était augmentée. De plus, l’administration périphérique de leptine chez les souris ob/ob a restauré l’expression de ces miARN à des niveaux semblables à ceux observés chez les animaux non obèses
The central control of energy balance involves a highly regulated neuronal network within the hypothalamus and the dorsal vagal complex (DVC). In these structures, pro-opiomelanocortin (POMC) neurons are known to reduce meal size and to increase energy expenditure. Thus, leptin, a peripheral signal that relays information regarding body fat content, modulates the activity of POMC neurons. MicroRNAs (miRNAs) are short non-coding RNAs of 22-26 nucleotides that post-transcriptionally interfere with target gene expression by binding to their mRNAs. To date, the role of the miRNAs in the control of energy balance remains to be clarified. In this context, we developed a transgenic mouse model with a deletion of the miRNA processing enzyme DICER specifically in POMC cells. Conditional deletion of Dicer in POMC cells leads to an increase in hypothalamic leptin sensitivity. These results suggest an important role of miRNAs in the leptin-dependent POMC neuron activity. Next, we identified and characterized the miRNAs that potentially target POMC mRNA. After the selection of miRNA of interest by in silico approach, we observed that miR-383, miR-384-3p, and miR-488 expressions were up-regulated in the hypothalamus of leptin deficient ob/ob mice. In accordance with these observations, we showed that miR-383, miR-384-3p and miR-488 were also increased in db/db mice that exhibit a non-functional leptin receptor. The intraperitoneal injection of leptin down-regulated the expression of these miRNAs of interest in the hypothalamus of ob/ob mice, thus showing the involvement of leptin in the expression of miR-383, miR-384-3p and miR-488

Utilizando Análise Espectral (FFT) para quantificar a variabilidade autonômica no animal intacto, analisamos pressão arterial, intervalo de pulso (IP) e fluxo sangüíneo no repouso e no exercício, em ratos normotensos (WKY) e hipertensos (SHR), sedentários (S) ou treinados (T), após pré-tratamento do NTS/DMV com veículo e antagonista de ocitocina (OTant). As principais alterações foram relacionadas à freqüência cardíaca (FC) e ao IP: bradicardia de repouso em WKYT e SHRT; aumento na resposta taquicárdica do exercício após OTant apenas nos WKYT. No repouso, os SHR apresentaram queda da variância do IP com diminuição dos componentes de baixa (LF-simpático) e alta (HF-vago) freqüências, corrigidas pelo T. No exercício houve queda dos componentes espetrais do IP nos grupos experimentais, exceto o HF que não diminuiu nos WKYT. OTant no NTS/DMV reduziu o HF dos SHRT no repouso e exercício; a ausência da queda do HF nos WKYT foi abolida. Resultados indicam a importância da ocitocina agindo sobre o vago na modulação da FC basal e da taquicardia do exercício apenas em T.
Using Spectral Analysis (FFT) to quantify the autonomic variability in intact animal, we analyzed blood pressure, pulse interval (PI) and blood flow at rest and during exercise, in normotensive (WKY) and hypertensive (SHR) rats, sedentary (S) or trained (T), after solitary vagal complex (NTS/DMV) pre-treatment with vehicle and oxytocin antagonist (OTant). The main changes were related to heart rate (HR) and PI: rest bradycardia in WKYT and SHRT; increased exercise tachycardia after OTant only in WKYT. At rest, SHR presented a fall of in PI variance with decreased low (LF-simpathetic) and high (HF-vagal) frequencies components that were normalized by T. During exercise, the spectral components decreased in the experimental groups, except HF unchanged in WKYT. OTant into the NTS/DMV reduced the HF of the SHRT at rest and exercise; the absence of the fall in HF of WKYT was abolished. Results indicate the importance of oxytocin acting on vagus in the modulation of basal HR and exercise tachycardia only in T rats.

Le maintien de notre poids corporel résulte d'un équilibre entre les dépenses et les apports énergétiques. Cet équilibre appelé « homéostasie énergétique » implique un grand nombre de molécules. Parmi elles, la nesfatine-1, découverte en 2006, est un peptide de 82 acides aminés issu du clivage de la protéine NUCB2. L'intérêt généré par la nesfatine-1 réside dans son action anorexigène exercée indépendamment de la signalisation à la leptine. La nesfatine-1 est exprimée dans plusieurs organes tels que le tissu adipeux, l'estomac, le pancréas, ainsi que le cerveau. Dans le cerveau, son expression se limite principalement à quelques groupes neuronaux localisés dans l'hypothalamus et le complexe vagal dorsal. Au cours de ce travail, nous avons analysé la sensibilité des neurones exprimant NUCB2/nesfatine-1 aux signaux périphériques physiologiques et physiopathologiques affectant la prise alimentaire. Nous montrons que ces neurones sont sensibles à une hypoglycémie et qu'ils pourraient contribuer à la contre-régulation mise en place afin de rétablir la glycémie de base. De plus, nous montrons qu'ils sont activés en réponse à deux stimuli inflammatoires : l'administration de lipopolysaccharide et l'intoxication alimentaire avec une mycotoxine appelée déoxynivalénol. Ainsi, les neurones exprimant NUCB2/nesfatine-1 pourraient contribuer au développement de l'anorexie inflammatoire. Cette étude a constitué la première mise en évidence d'une implication de ce peptide en situation pathologique. L'ensemble de ces résultats suggère qu'en plus de son effet satiétogène, la nesfatine-1 participe à la signalisation centrale impliquée dans la glucodétection et les réponses inflammatoires
The long term maintenance of body weight results from a balance between energy expenditure and intake. This balance, called “energy homeostasis”, involves a large number of molecules. Among these, nesfatin-1, discovered in 2006, is an 82 amino-acid peptide derived from the cleavage of the protein NUCB2. The interest generated by nesfatin-1 lies in its anorexigenic effect performed independently of leptin signalization. Nesfatin-1 is expressed in several organs such as adipose tissue, stomach, pancreas, and brain. In the brain, its expression is limited to a few neuronal groups located in the hypothalamus and dorsal vagal complex. In this work, we analyzed the sensitivity of NUCB2/nesfatin-1-expressing neurons to physiological and physiopathological peripheral signals affecting food intake. We show that these neurons are sensitive to hypoglycemia and that they could contribute to the counter-regulatory response established in order to restore the basal blood glucose level. Moreover, we show that they are activated in response to two inflammatory stimuli: lipopolysaccharide administration and food intoxication with a mycotoxin named deoxynivalenol. So, NUCB2/nesfatin-1-expressing neurons could contribute to the development of inflammatory anorexia. This study was the first evidence of an involvement of this peptide in a pathological situation. Taken together, these results suggest that in addition to its satiating effect, nesfatin-1 participates in the central signalization involved in glucodetection and inflammatory responses

Le complexe vagal dorsal est un centre majeur d'integration du systeme nerveux vegetatif. La substance p, qui est tres representee dans cette structure vagale, est connue pour son role modulateur de nombreuses fonctions de l'organisme. Le glutamate intervient egalement dans cette region comme neurotransmetteur principal dans plusieurs reflexes visceraux. Nous avons etudie les effets modulateurs de la substance p par deux approches experimentales : dans la premiere, les effets centraux de la substance p sur des parametres cardio-vasculaires sont etudies in situ chez le lapin ; dans la deuxieme, les actions de la substance p et du glutamate sont etudiees a l'aide de techniques electrophysiologiques sur une preparation in vitro de neurones vagaux de rat. Cette these comprend quatre parties : rappels bibliographiques sur le glutamate et la substance p, resultats, discussion generale et conclusion, et bibliographie. La premiere partie des resultats montre que la substance p, injectee dans le iv#e#m#e ventricule, supprime instantanement les dysrythmies cardiaques et retablit un rythme cardiaque normal et regulier, cet effet est bloque par un antagoniste des recepteurs nk1 (sr 14033). La stimulation des fibres baroceptives des nerfs aortiques a le meme effet que la substance p. Ces resultats indiquent que la sp regularise le rythme cardiaque en agissant sur la voie du reflexe baroceptif au niveau central. Plus precisement, la sp pourrait activer selectivement les neurones dromotropes du noyau dorsal du nerf vague. La deuxieme partie des resultats, obtenus sur des tranches de bulbe rachidien, montre que tous les neurones preganglionnaires vagaux ont des recepteurs nmda et non-nmda. Les recepteurs nk1, nmda et non-nmda coexistent sur environ 30% des neurones. Les recepteurs nk1 et nmda interagissent entre eux : la sp augmente l'activite du recepteur nmda via l'activation des recepteurs nk1. Ces resultats sont des arguments supplementaires pour appuyer l'hypothese, discutee a la fin de la these, qui attribue a la sp un role dans la regulation homeostasique de grandes fonctions physiologiques.

Ce travail de neurobiologie endocrinologique concerne les interrelations fonctionnelles entre les ensembles neuronaux specifiques localises dans l'hypothalamus et le tronc cerebral, en particulier le complexe vagal dorsal (cvd) bulbaire. Les methodes utilisees comportent les techniques les plus performantes de la neurobiologie cellulaire et pharmacologique (immunocytochimie, autoradiographie,. . . ). Les resultats les plus saillants de ces recherches concernent: (1) la caracterisation de l'organisation fine des differents sous-groupes neuronaux a l'interieur du cvd, et de leurs afferences respectives, (2) la definition, grace a la mise au point de doubles marquages immunocytochimiques specifiques, des relations morphofonctionnelles fines entre les divers systemes neuronaux et leurs afferences hypothalamiques a partir d'ensembles neuronaux definis et, (3) la demonstration par microinjection de substances biologiquement actives (ocytocine, adrenaline et leurs antagonistes) dans des regions discretes du tronc cerebral, de l'existence d'un relais adrenergique entre les afferences hypothalamiques au cvd et les neurones preganglionnaires du vague qui controlent l'acidite exocrine gastrique et la secretion d'insuline pancreatique

Le complexe vagal dorsal comprend l'area postrema, le noyau du faisceau solitaire et le noyau dorsal du nerf vague (NDV). Il est impliqué dans la régulation centrale des fonctions viscérales. Les neurokinines (substance P (SP)), neurokinine A et neurokinine B) et leurs récepteurs (NK1 et NK3) sont présents dans cette région du bulbe rachidien. 1) Le NDV contient des neurones cholinergiques innervant les viscères et des neurones non vagaux (interneurones ou neurones innervant d'autres structures centrales). Cette étude montre que NK1 et NK3 sont exprimés par des neurones cholinergiques dont certains innervent l'estomac et le duodénum. Un neurone peut exprimer les deux récepteurs à la fois. NK3 est aussi exprimé par des neurones non cholinergiques dont les soma sont de taille inférieure aux neurones cholinergiques. Dans le NDV, les neurokinines peuvent donc réguler les fonctions viscérales de deux façons : i) en agissant via NK1 et NK3 directement sur la commande efférente vagale et ii) indirectement, en agissant via NK3 sur des neurones non vagaux. 2) L'internalisation des récepteurs a été utilisée comme indicateur de la libération de neurokinines. In vitro, le NMDA induit l'internalisation de NK1 dans le complexe vagal dorsal. Le glutamate modulerait donc l'action des neurokinines dans cette région en régulant leur libération. Des doubles marquages immunocytochimiques indiquent que le glutamate provoquerait la libération de SP en agissant sur des récepteurs NMDA localisés sur les dendrites et les soma de neurones contenant ce peptide plutôt que sur des récepteurs NMDA localisés sur des terminaisons axoniques contenant de la SP. L'internalisation de NK1 a été observée dans le noyau du faisceau solitaire lors de l'inflammation de l'estomac ou de l'intestin, ce qui suggère que des neurokinines sont libérées dans ce noyau lors d'une inflammation du tube digestif.

Le BDNF a été impliqué en tant que facteur anorexigène dans la régulation centrale de la prise alimentaire. Dans le présent travail, nous identifions le CVD comme un site clef où le BDNF exerce son action anorexigène, en aval de la voie de signalisation mélanocortinergique. Chez le rat adulte, nous montrons que l’application de BDNF exogène au niveau du CVD entraîne une anorexie et une perte de poids corporel, tandis que le taux tissulaire du BDNF endogène dans le CVD est modulé de façon cohérente avec un rôle anorexigène, au cours du nycthémère, en fonction du statut nutritionnel, ou après traitements par les hormones leptine, CCK et ghréline. De plus, l’application d’agonistes ou d’antagonistes des récepteurs mélanocortinergiques de type 3/4 (MC3/4R) dans le 4ème ventricule induit respectivement une augmentation et une diminution du contenu en protéine BDNF du CVD, tandis que les effets orexigènes de l’antagoniste MC3/4R sont bloqués par un co-traitement au BDNF exogène
BDNF has been implicated as an anorexigenic factor in the central regulation of food intake. In the present work, we identify the DVC as a key site where BDNF plays its anorexigenic role, downstream of melanocortinergic signalling. In the adult rat, we show that central application of exogenous BDNF at the DVC level induces anorexia and body weight loss, whereas endogenous BDNF protein content in the DVC is modulated in a manner consistent with an anorexigenic role, during the dark/light cycle, as well as following experimental paradigms affecting nutritional status or implying leptin, CCK or ghrelin treatments. In addition, we show that 4th ventricle administration of agonists or antagonists for type 3/4 melanocortinergic receptors (MC3/4R) induces respectively an increase and a decrease in BDNF protein content, whereas the orexigenic effects of the MC3/4R antagonist are blocked by a co-treatment with exogenous BDNF

Le complexe vagal dorsal (CVD) est un centre neurovégétatif cérébral présentant plasticité et neurogenèse chez le rat adulte. In vivo, j'ai démontré l'existence de cellules prolifératives dans le CVD par immunohistochimie de Ki-67 et par western-blot des cyclines D. In vitro, sur cultures primaires de CVD microdisséqué, j'ai obtenu des neurosphères auto-renouvelables contenant neurones et cellules gliales. Donc le CVD de rat adulte contient des cellules-souches neurales. J'ai recherché des facteurs de contrôle des cellules-souches du CVD par deux approches. In vivo, la stimulation proliférative post-lésionnelle du CVD a été correlée, par RT-PCR et par biopuce à ADN, avec l'induction de deux mitogènes : les facteurs de croissance EGF et BDNF. In vitro, la prolifération des cellules–souches neurales a été inhibée par l'hormone anorexigène leptine. Ces résultats de neurobiologie cellulaire apportent une vision nouvelle des processus intégratifs en physiologie neurovégétative
The dorsal vagal complex (DVC) is a neurovegetative cerebral center displaying plasticity and neurogenesis in adult rat. In vivo, I have demonstrated occurrence of proliferative cells within DVC by Ki-67 immunohistochemistry and by D-cyclin western-blot. In vitro, in primary cultures from microdissected DVC, I have generated neurospheres showing self-renewal and containing neuronal and glial cells. Therefore adult rat DVC does contain neural stem cells. I have looked for extracellular regulators of DVC stem cells through two approaches. In vivo, lesion-induced proliferative stimulation in DVC was correlated, by RT-PCR and by DNA microarray, with transcriptional induction of two mitogens: the growth factors EGF and BDNF. In vitro, neural stem cell proliferation was inhibited by the anorexigenic hormone leptin. These cellular neurobiology data bring about novel vistas about integrative processes in autonomic neurosciences

Le stress d’immobilisation (SI) inhibe la prise alimentaire, qui est régulée par le complexe vagal dorsal (CVD), centre intégrateur des réflexes neurovégétatifs, et l’hypothalamus. Or le CVD est un nouveau foyer de neurogenèse adulte, dont le rôle est inconnu. J’ai recherché l’effet du SI chronique (3 semaines) sur la neurogenèse du CVD par incorporation de BrdU in vivo dans le cerveau puis double immunohistochimie en microscopie confocale. J’ai montré que le SI inhibe la neurogenèse adulte de 40% dans le CVD et la stimule de 200% dans le bulbe olfactif. Ceci suggère un rôle de la neurogenèse du CVD dans la régulation à long-terme de la prise alimentaire. J’ai caractérisé l’effet du SI sur l’expression des principaux messagers régulateurs de prise alimentaire, dans le CVD et l’hypothalamus, par ELISA ou RT-PCR sur extraits tissulaires. NPY, AgRP, CART, POMC sont significativement induits par le SI aigu. Ces résultats font progresser la neurobiologie de la nutrition et du CVD
Immobilization stress (IS) elicits feeding inhibition. Food intake is regulated by the dorsal vagal complex (DVC) and the hypothalamus. The DVC emerged as a novel focus of adult neurogenesis, the role of which is unknown. I have investigated the effect of chronic IS (3 weeks) on DVC neurogenesis by means of in vivo BrdU incorporation in brain, by using double immunohistochemistry and confocal microscopy. I have shown that IS inhibits adult neurogenesis by 40% in DVC and stimulates it by 200% in olfactory bulb. It suggests that DVC neurogenesis plays a specific role in long-term food intake regulation. I have then characterized the effect of IS on expression of the key messengers regulating food intake in DVC and hypothalamus, by means of ELISA or RT-PCR on tissular extracts. NPY, AgRP, CART, POMC are significantly induced by acute IS. These results contribute to neurobiology of nutrition and of DVC

Le neuromediateur Neuropeptide Y (NPY) et les hormones Polypeptide Pancréatique (PP) et Peplide YY [3-36] (PYY 3-36) sont des messagers apparentés (famille des peptides Y) qui contrôlent puissamment le comportement alimentaire. Le complexe vagal dorsal (CVD) est le centre réflexe de la satiété, i. E. Le principal mécanisme régulateur à court-terme de la prise alimentaire. Le CVD exprime une forte densité de récepteurs des peptides Y, dont un sous-type récemment identifié qui n'existe pas dans l'hypothalamus, i. E. Le centre majeur de régulation de la prise alimentaire sur le long-terme. J'ai d'abord actualisé la distribution de tous les types de récepteurs Y exprimés dans le CVD, par autoradiographie de ligands radioactifs sur coupes de tronc cérébral de rat. Afin de tester leur implication dans la régulation de la prise alimentaire, j'ai recherché l'effet de deux adaptations nutritionnelles classiques sur les distributions de ces récepteurs. Le jeûne et l'anorexie inflammatoire induisent une baisse de densité tissulaire des sites de liaison Yx et Y2 dans l'area postrema. Les ligands endogènes respectifs de ces récepteurs étant le PP et le PYY-3-36, j'ai caractérisé l'effet m vivo de l'injection de chacun de ces peptides dans le ventricule IV. I. E. Au voisinage du CVD. Ou en périphérie sur la prise alimentaire et sur l'expression du médiateur anorexigène Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF). Mes résultats font progresser à la fois la pharmacologie du NPY et le rôle propre du CVD dans l'intégration centrale des facteurs de contrôle de la prise alimentaire
The neurotransmitter Neuropeptide Y (NPY) and the hormones Pancreatic Polypeptidc (PP) and Peplide YY [3-36] (PYY 3-36) are related messengers (Y-peptides family) that exert mighty control on feeding behavior. The dorsal vagal complex (DVC) is the reflex centre of satiety, i. E. The major short-term feedback m food intake regulation. The DVC contains a high concentration of Y peptide receptors, including a recently identified subtype which is not expressed in hypothalamus, i. E. The major centre of long-term food intake regulation. I have first updated the distribution of all Y receptor subtypes in DVC, by radioactive ligand binding and autoradiography on rat brainstem sections. In order to evaluate their possible involvemeni in food intake regulation, I have assessed the effect of two well-characterized nutritional adaptations on these receptor distributions. Fasting and inflammatory anorexia both decreased tissue concentrations of Yx and Y2 binding sites in area postrema. Endogenous ligands of these receptors being respectively PP and PYY 3-36, I have addressed in vivo whether injection of these peptides in the IVth ventricle, i. E. In the vicinity of DVC, or in periphery would modulate food intake and/or DVC concentration of the anorexigenic mediator Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNI7). My results bring out progress for both NPY pharmacology and DVC specific role in central integration of food intake regulatory agents

La signalisation BDNF/TrkB et le système endocannabinoïde exercent respectivement un rôle anorexigène et orexigène dans le contrôle central de la prise alimentaire. Récemment, l'hypothalamus ventromédian a été identifié comme un site où le BDNF agit en tant qu'effecteur aval de la voie mélancortinergique. Une inhibition mutuelle entre le système endocannabinoïde et voie mélancortinergique a également été mise en évidence au niveau du cerveau antérieur. Au niveau du CVD, il a été démontré que le BDNF exerce un effet anorexigène. Dans le présent travail, nous démontrons que la signalisation BDNF/TrkB exerce son action anorexigène en aval de la voie mélanocortinergique du CVD, chez le rongeur. En effet, nos résultats montrent qu'au niveau du tronc cérébral : i) le contenu en protéine BDNF du CVD est sous le contrôle du système mélancortinergique, ii) l'effet orexigène résultant d'un blocage de la voie mélancortinergique est aboli par un traitement i. C. V. Au BDNF, iii) le blocage pharmacologique de srécepteyrs TrkB abolit l'effet anorexigène d'une activation des récepteurs MC4R. L'expression de récepteurs CB1 a été demontrée au niveau du CVD, mais leur rôle dans le contrôle de la prise alimentaire demeurait inexploré. Nous montrons que le CVD est un site clef où le système endocannabinoïde exerce une action orexigène et interagit avec la voie de signalisation mélanocortinergique, chez le rongeur. En effet, nos résultats montrent qu'au niveau du tronc cérébral : i) l'activation des récepteurs CB1 induit uen hyperphagie, et leur blocage induit une anorexie, ii) l'application d'un agoniste CB1 abolit l'effeet anorexigène d'un agoniste MC3/4R iii) la co-administration d'un antagoniste CB1 et d'un agoniste MC3/4R induit un effet anorexigène synergique, iv) le contenu en protéine BDNF du CVD est modulé par le système endocannabinoïde. Des études électrophysiologiques indiquaient que l'application d'agonistes CB1 inhibait les netrées synaptiques des neurones préganglionnaires vagaux du CVD. Nous montrons ici que les neurones préganglionnaires vagaux produisent de manière activité-dépendante des endocannabinoïdes agissant de manière rétrograde sur des récepteurs CB1 afin d'inhiber sélectivement la transmission synaptique GABAergique
BDNF/TrkB signaling and the endocannabinoid system play respectively an anorexigenic and orexigenic role in the central control of food intake. The ventromedical hypothalamus has been identified as a site wher BDNF plays its anorexigenic role, as a downstream effector of melanocortinergic signaling. .

碩士
國立臺灣大學
口腔生物科學研究所
91
Inflammatory reactions against invaders in the body call upon cytokine molecules that elicit systemic responses, such as fever, fatigue, increased pain sensitivity and appetite loss, mediated by the central nervous system. For example, systematic invasion of lipopolysaccharide (LPS) , a bacterial endotaxin, produced severe pathological responses in host through the humoral actions of the immune factors (e.g. TNF-α, IL-1). The present study investigated whether the distribution and/or intensity of immunolabeling for Fos in the barin stem differ after imposition of endotoxin of variable doses. Vehicle (0.9% NaCl) or different doses of LPS (42 ng, 56 ng, 70 ng, 140 ng in 0.9% NaCl) were delivered directly into the DVC of adult male Wistar rat. In order to identify some of the molecular mechanisms that occur after a central nervous system injection, the immediate early gene encoding protein Fos was analysed by immunocytochemistry following unilateral (left) vehicle or LPS injection (controls or 30 min, 1h, 2h LPS post-injection). In the section of Interaural -4.80 mm，Bregma -13.80 mm, c-Fos proteins were induced in AP and bilateral NTS at 30 min post-LPS-injection (70 ng, 140 ng in 0.9% NaCl), massively expressed at 2 h post- LPS-injection. In the section of Interaural -0.80 mm, Bregma -9.80 mm, Fos proteins were induced in locus coeruleus, Nucleus Raphe Magnus and lateral superior olivary complex at post-LPS-injection more than control. These data indicated that LPS injection into the dosal vagal complex leads to a rapid and widespread induction of c-Fos. The alterations in immediate early gene (c-Fos proteins) expression reported here may be due to changes in neuronal activity by endotoxin.

The fat-derived hormone leptin communicates the status of energy stores to the brain and data suggests that the leptin pathway plays an important role in body weight control. Since leptin's discovery, leptin effects in the hypothalamus have been emphasized, whereas leptin effects on other central autonomic regions like the brainstem have been understudied. Recent studies implicate a role for the dorsal vagal complex in the feeding modulation attributed to leptin. However, possible direct cellular effects of leptin within the vagal complex have never been studied. These experiments were aimed at testing the hypothesis that at least part of the distributed network of leptin responsive cells resides within the DVC and identifying the synaptic and cellular modulation of neurons within the DVC by leptin Leptin caused a membrane hyperpolarization of gastric-related DVC neurons and was accompanied by a decrease in whole-cell input resistance and responsiveness. The leptin-induced hyperpolarization exhibited a dependence of membrane potential and was blocked by a sulfonylurea and wortmannin, which in all implicates activation of an ATP-sensitive K+ channel via a P13-kinase mechanism. The data presented here support a role for leptin in both suppression of excitatory synaptic inputs and a direct cellular inhibition of the neurons in the DVC, which are critical modulators of gastric function. Due to leptin's effects in the DVC and in particular gastric-related neurons, these responses can now be associated with neurons involved in the process of feeding and ingestion. Leptin's rapid effects may report a feed-back response to changing leptin during varying energy needs. The cellular inhibition of the DVC by leptin may also describe a modulation of several homeostatic modalities within the autonomic nervous system
acase@tulane.edu

Fond : Le substrat de fibrillation auriculaire (FA) vagale et celui secondaire à remodelage par tachycardie auriculaire (RTA) partagent beaucoup des caractéristiques : période réfractaire efficace (PRE) réduite, hétérogénéité accrue de PRE et quelques mécanismes moléculaires communs. Cette étude a comparé les 2 substrats à une abréviation comparable de PRE. Méthodes : Chez chacun de 6 chiens de groupe de stimulation vagal (SV), les paramètres de stimulation cervicale bilatérale de nerves vagaux ont été ajustés pour produire la même PRE moyenne (calculé à 8 sites des oreillettes gauche et droite) avec 6 chiens de groupe de RTA assorti à sexe et poids. Des paramètres électrophysiologiques, la durée moyenne de la fibrillation auriculaire (DAF) et les fréquences dominantes (FD) locales ont étés calculés. Résultats : En dépit des PREs assorties (SV: 80±12msec contre RTA: 79±12msec) la DAF était plus longue (*), l’hétérogénéité de conduction était plus élevée (*), la FD était plus rapide (*) et la variabilité de FD plus grande (*) chez les chiens SV. Les zones de maximum FD qui reflètent les zones d’origine de FA étaient à côté de ganglions autonomes chez les chiens SV. Conclusions : Pour un PRE atriale comparable, la FA secondaire à SV est plus rapide et plus persistante que la FA avec un substrat de RTA. Ces résultats sont consistants avec des modèles de travail suggérant que l'hyperpolarisation SV-induite contribue de façon important à la stabilisation et à l'accélération des rotors qui maintiennent la FA. La similitude de la distribution de FD du groupe vagal avec la distribution des lésions d’ablation après cartographie des électrogrammes atriales fragmentés suggère des nouvelles techniques d’ablation. La distribution des FD entre le SV et le RTA fournit de nouvelles idées au sujet de possible rémodelage neuroreceptorial et indique des différences importantes entre ces substrats de FA superficiellement semblables.
Background: Vagal nerve stimulation (VS) and atrial tachycardia remodeled (ATR) atrial fibrillation (AF) substrates share many features: reduced effective refractory period (ERP), increased ERP heterogeneity and some common molecular mechanisms. This study compared VS and ATR substrates at comparable ERP abbreviation. Methods: In each of 6 VS dogs, bilateral cervical VS parameters were adjusted to produce the same mean ERP as a sex and weight matched ATR dog. Electrophysiological parameters, mean duration of AF (DAF) and local dominant frequencies (DF) were determined (before (CTL) and after VS in VS dogs). Results: Despite matched ERPs (VG: 80±12msec vs ATR: 79±12msec) DAF was greater (*), conduction heterogeneity was greater (*), DF was faster (*) and DF variability greater (*) in VS dogs. AF drivers reflected by maximum DF zones were adjacent to autonomic ganglia in VS dogs; there was a tendency (p<0.07) to faster driver zones in the left atrium comparing to the right in ATR dogs. Conclusions: For a comparable atrial ERP, VS AF is faster and more persistent than AF with an ATR substrate. These results are consistent with modeling work suggesting that VS-induced hyperpolarization is an important contributor to AF-maintaining rotor stabilization and acceleration. Similarities in DF distribution in VS dogs with distribution of ablation lesions performed after Complex Fractionated Atrial Electrograms mapping suggests new curative ablation methods. DF distribution differences between VS and ATR provides new ideas about possible neuroreceptorial remodeling and indicates important differences between these superficially similar AF substrates.