Enhancement of L-3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase activity and circulating ketone body levels by pantethine. Relevance to dopaminergic injury

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>The administration of the ketone bodies hydroxybutyrate and acetoacetate is known to exert a protective effect against metabolic disorders associated with cerebral pathologies. This suggests that the enhancement of their endogenous production might be a rational therapeutic approach. Ketone bodies are generated by fatty acid beta-oxidation, a process involving a mitochondrial oxido-reductase superfamily, with fatty acid-CoA thioesters as substrates. In this report, emphasis is on the penultimate step of the process, i.e. L-3-hydroxybutyryl-CoA dehydrogenase activity. We determined changes in enzyme activity and in circulating ketone body levels in the MPTP mouse model of Parkinson's disease. Since the active moiety of CoA is pantetheine, mice were treated with pantethine, its naturally-occurring form. Pantethine has the advantage of being known as an anti-inflammatory and hypolipidemic agent with very few side effects.</p> <p>Results</p> <p>We found that dehydrogenase activity and circulating ketone body levels were drastically reduced by the neurotoxin MPTP, whereas treatment with pantethine overcame these adverse effects. Pantethine prevented dopaminergic neuron loss and motility disorders. In vivo and in vitro experiments showed that the protection was associated with enhancement of glutathione (GSH) production as well as restoration of respiratory chain complex I activity and mitochondrial ATP levels. Remarkably, pantethine treatment boosted the circulating ketone body levels in MPTP-intoxicated mice, but not in normal animals.</p> <p>Conclusions</p> <p>These finding demonstrate the feasibility of the enhancement of endogenous ketone body production and provide a promising therapeutic approach to Parkinson's disease as well as, conceivably, to other neurodegenerative disorders.</p

Analyse des effets de deux dérivés benzéniques, l'hexachlorobenzène et le salicylate, sur le système auditif chez le rat

Nous avons montré pour la première fois que l'hexachlorobenzène (HCB), un polluant environnemental persistant connu pour ses effets carcinogène, neurotoxique et teratogène, a des effets ototoxiques, résultats qui nous amènent à nous questionner sur l'origine des pertes auditives induites par les dérivés benzéniques en général. En effet, une autre substance du même groupe chimique est connu depuis longtemps pour affecter également la fonction auditive. En tant que tel, le salicylate est connu pour altérer la capacité auditive. Une anal-yse des effets des deux substances sur la fonction auditive, sur la structure cochléaire et sur le phénotype des cellules ciliées a été réalisée en utilisant des tests fonctionnels, des réactions immunohistochimiques, l'hybridation in situ et la RT-PCR, et n'indique aucune altération significative de la cytoarchitecture de l'organe périphérique de l'audition. Cependant, ces deux substances peuvent affecter la fonction auditive via une altération de l'excitabilité neuronale. Ici, les données du present travail indiquent un effet direct du HCB et du salicylate sur les activity-dependent genes , tels que c-Fos et les différents transcrits du BDNF, dans la cochlée et dans le cortex auditif. Considérant le rôle de BDNF dans les phénomènes de sur-vie neuronale et de plasticité synaptique, nous pouvons penser que le HCB et le salicylate peuvent vraissemblablement affecter la fonction auditive par l'utilisation de ce facteur comme un médiateur présumé qui altérerait notamment l'activité des synapses du système auditif.AIX-MARSEILLE3-BU Sc.St Jérô (130552102) / SudocSudocFranceF

Vulnérabilité différentielle des cellules mésencéphaliques au glutamate et au dysfonctionnement de ses transporteurs

Les neurones dopaminergiques (DA) qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson (MP) expriment à haut niveau le transporteur neuronal de glutamate EAAT3, une voie majeure d entrée des précurseurs de l antioxydant glutathion (GSH). La déplétion nigrale en GSH est l un des évènements biochimiques précoces de la MP, et pourrait résulter d un dysfonctionnement de EAAT3. L hypothèse d une vulnérabilité particulière des neurones DA à l altération du transport de glutamate a été ainsi étudiée à la fois in vitro et in vivo. Mes travaux de Thèse ont montré que l altération du transport de glutamate induit dans les cultures mésencéphaliques une élévation des niveaux extracellulaires de glutamate, une déplétion en GSH et une production de radicaux libres, conduisant à la fois à une gliotoxicité et une neurotoxicité, avec une mort préférentielle des neurones DA. L altération du transport de glutamate induit une mort oxydative des astrocytes, une mort excitotoxique des neurones non DA et une mort des neurones DA associant des processus à la fois oxydatifs et excitotoxiques interdépendants. La neurotoxicité induite par l altération du transport de glutamate est différente de celle induite par le glutamate. De plus, l altération du transport de glutamate exacerbe la toxicité NMDA sélectivement dans les neurones DA. L ensemble des résultats suggère que l altération du transport de glutamate induit dans les neurones DA un stress oxydant les rendant ainsi hautement vulnérables à l excitotoxicité. Mes résultats ont montré aussi que l altération du transport de glutamate induit in vivo une perte massive et dose-dépendante des neurones DA de la substance noire compacte et une formation d agrégats intracytoplasmiques d a-synucléine. L ensemble de ces résultats suggère une fonction métaboliquement cruciale du transporteur EAAT3 dans les défenses antioxydantes des neurones DA, et son dysfonctionnement comme un mécanisme candidat dans la neurodégénérescence des neurones DA dans la MP.Dopamine (DA) neurons degenerating in Parkinson disease (PD) highly express the neuronal glutamate transporter EAAT3, a major entry route of precursors of the antioxidant glutathione (GSH). Nigral depletion of GSH is one of the earliest biochemical events of PD, and could result from EAAT3 dysfunction. The hypothesis of a particular vulnerability of DA neurons to altered glutamate transport has been studied both in vitro and in vitro. My Ph.D. Thesis works showed that altered glutamate transport in mesencephalic cultures induces increase in extracellular glutamate concentration, GSH depletion and free radical production, leading both to gliotoxicity and neurotoxicity, with a preferential death of DA neurons. Altered glutamate transport induces oxidative death of astrocytes, excitotoxic death of non DA neurons, and specific death of DA neurons associating both oxidative and excitotoxic interdependent processes. The neurotoxicity induced by altered glutamate transport differs from that induced by glutamate. Moreover, altered glutamate transport exacerbates the NMDA toxicity selectively in DA neurons. Taken together, the in vitro data suggest that altered glutamate transport induces in DA neurons an oxidative stress which render them highly vulnerable to excitotoxicity. My results also showed that in vivo altered glutamate transport induces massive and dose-dependent loss of DA neurons of the substantia nigra pars compacta and formation of intracytoplasmic a-synuclein aggregates. Altogether, these data suggest a metabolically crucial function of EAAT3 transporter in antioxidant defenses of DA neurons, and its dysfunction as a candidate mechanism for the neurodegeneration of DA neurons in PD.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

Ganglions de la base, transmission cholinergique et stimulation électrique profonde dans un modèle expérimental de stéréotypies motrices chez le rat

Les comportements répétitifs sont associés à des maladies neuropsychiatriques ou neurologiques telles que les syndromes de Gille de la Tourette, les troubles obsessionnels et compultifs ou le "punding" chez les cocaïnomanes et les parkinsoniens traités par de fortes doses de L-DOPA. La physiopathologie de ces comportements répétitifs reste mal comprise. Chez le rat, une injection challenge de cocaïne induit des stéréotypies motrices. A l'aide de ce modèle, les altérations fonctionnelles dans des ganglions de la base en relation avec ces stéréotypies ont été étudiées. Un modèle 3D du cerveau de rat incluant les projections cortico-striatales a tout d'abord été développé afin de préciser les localisations des territoires préfrontaux et sensorimoteur des ganglions de la base conduisant à un déséquilibre entre ces circuits : 1-le transfert des informations corticales au travers des ganglions de la base sont réduites, 2-la libération de dopamine reste élevée pendant toute la durée des stéréotypies alors que la cinétique de l'inhibition de la libération de l'acétylcholine suit en miroir celle des stéréotypies, 3-montrant le rôle clé de la transmission cholinergique dans l'arrêt des stéréotypies motrices, son augmentation ou sa réduction arrête ou prolonge la durée des stéréotypies. Enfin, une injection périphérique de raclopride ou une stimulation électrique à haute fréquence du noyau subthalamus arrête rapidement les stéréotypies motrices et rétablit les altérations induites par la cocaïne dans les ganglions de la base.Motor stereotypy is a key symptom of various disorders such as Tourette s syndrome and Obsessive Compulsive Disorder. Administration of neuroleptics as well as cholinesterase inhibitors is effective in treating these symptoms. However, the role of cholinergic transmission in the induction or arrest of motor stereotypy remains unknown. Previously, we showed in a well-established model of cocaine-induced motor stereotypy that strong motor stereotypy was linked to alterations in the préfronto-basal ganglia circuits. Indeed, in the medial prefrontal territory of the dorsal striatum, increased dopamine release was accompanied by decreased acetylcholine release. Here, we analyzed the NMDA-evoked release of dopamine and acetylcholine during decreasing intensity leading to the arrest of motor stereotypy. Furthermore, we studied in various pharmacological situations targeting the cholinergic system (intraperitoneal and local injection in dorsal striatum of raclopride and scopolamine) the role of cholinergic transmission in the arrest of motor stereotypy. The decrease of acetylcholine release followed the kinetics of motor stereotypy. Furthermore, a pharmacological situation restoring acetylcholine release (raclopride, DA D2 antagonist) provoked the arrest of strong motor stereotypy. In contrast, a pharmacological situation that blocked the postsynaptic effects of acetylcholine (scopolamine, muscarinic antagonist) or induced degeneration of cholinergic interneurons (AF64A) in the medial prefrontal territory of the dorsal striatum robustly prolonged the duration of strong motor stereotypy. Thus, we propose that restoration of cholinergic transmission in the medial prefrontal territory of the dorsal striatum plays a key role in the arrest of motor stereotypy.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

Régulation du transporteur neuronal de glutamate à haute affinité, EAAC1, par des facteurs solubles gliaux dans le système nerveux central (Emergence d'un concept nouveau sur le rôle potentiel du cholestérol synthétisé par les astrocytes)

AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

The dopamine agonist Piribedil with L-DOPA improves attentional dysfunction: Relevance for Parkinson's disease

International audienceno abstrac

Adaptive Control of 5-HT Dorsal Raphe by 5-HT4 in the Prefrontal Cortex Prevents Persistent Hypophagia following Stress

International audienceTransient reduced food intake (hypophagia) following high stress could have beneficial effects on longevity, but paradoxically, hypophagia can persist and become anorexia-like behavior. The neural underpinnings of stress-induced hypophagia and the mechanisms by which the brain prevents the transition from transient to persistent hypophagia remain undetermined. In this study, we report the involvement of a network governing goal-directed behavior (decision). This network consists of the ascending serotonergic inputs from the dorsal raphe nucleus (DR) to the medial prefrontal cortex (mPFC). Specifically, adult restoration of serotonin 4 receptor (5-HT4R) expression in the mPFC rescues hypophagia and specific molecular changes related to depression resistance in the DR (5-HT release elevation, 5-HT1A receptor, and 5-HT transporter reductions) of stressed 5-HT4R knockout mice. The adult mPFC-5-HT4R knockdown mimics the null phenotypes. When mPFC-5-HT4Rs are overexpressed and DR-5-HT1ARs are blocked in the DR, hypophagia following stress persists, suggesting an antidepressant action of early anorexia

Adaptive changes in serotonin neurons of the raphe nuclei in 5-HT(4) receptor knock-out mouse

Decreased serotonin (5-HT) transmission is thought to underlie several mental diseases, including depression and feeding disorders. However, whether deficits in genes encoding G protein-coupled receptors may down-regulate the activity of 5-HT neurons is unknown currently. Based on recent evidence that stress-induced anorexia may involve 5-HT(4)receptors (5-HT(4)R), we measured various aspects of 5-HT function in 5-HT(4)R knock-out (KO) mice. When compared to dorsal raphe nucleus (DRN) 5-HT neurons from wild-type mice, those from 5-HT(4)R KO mice exhibited reduced spontaneous electrical activity. This reduced activity was associated with diminished tissue levels of 5-HT and its main metabolite, 5-hydroxyindole acetic acid (5-HIAA). Cumulative, systemic doses of the 5-HT uptake blocker citalopram, that reduced 5-HT cell firing by 30% in wild-type animals, completely inhibited 5-HT neuron firing in the KO mice. This effect was reversed by administration of the 5-HT(1A) receptor (5-HT(1A)R) antagonist, WAY100635, in mice of both genotypes. Other changes in DRN of the KO mice included increases in the levels of 5-HT plasma membrane transporter sites and mRNA, as well as a decrease in the density of 5-HT(1A)R sites without any change in 5-HT(1A) mRNA content. With the exception of increased 5-HT turnover index in the hypothalamus and nucleus accumbens and a decreased density of 5-HT(1A)R sites in the dorsal hippocampus (CA1) and septum, no major changes were detected in 5-HT territories of projection, suggesting region-specific adaptive changes. The mechanisms whereby 5-HT(4)R mediate a tonic positive influence on the firing activity of DRN 5-HT neurons and 5-HT content remain to be determined