Characterization of social behavior in young and middle-aged ChAT-IRES-Cre mouse

The cholinergic system is an important modulator of brain processes. It contributes to the regulation of several cognitive functions and emotional states, hence altering behaviors. Previous works showed that cholinergic (nicotinic) receptors of the prefrontal cortex are needed for adapted social behaviors. However, these data were obtained in mutant mice that also present alterations of several neurotransmitter systems, in addition to the cholinergic system. ChAT-IRES-Cre mice, that express the Cre recombinase specifically in cholinergic neurons, are useful tools to investigate the role of the cholinergic circuits in behavior. However, their own behavioral phenotype has not yet been fully characterized, in particular social behavior. In addition, the consequences of aging on the cholinergic system of ChAT-IRES-Cre mice has never been studied, despite the fact that aging is known to compromise the cholinergic system efficiency. The aim of the current study was thus to characterize the social phenotype of ChAT-IRES-Cre mice both at young (2–3 months) and middle (10–11 months) ages. Our results reveal an alteration of the cholinergic system, evidenced by a decrease of ChAT, CHT and VAChT gene expression in the striatum of the mice, that was accompanied by mild social disturbances and a tendency towards anxiety. Aging decreased social dominance, without being amplified by the cholinergic alterations. Altogether, this study shows that ChAT-IRES-Cre mice are useful models for studying the cholinergic system‘s role in social behavior using appropriate modulating technics (optogenetic or DREADD). </p

Opening the neuronal cholinergic system to its diverse roles out of the brain

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Inhibition sélective de l'expression de la choline acétyltransférase in vivo (étude de la fonction des neurones cholinergiques de la voie septo-hippocampique)

Dans le système nerveux central, les neurones cholinergiques sont impliqués dans des fonctions diverses telles que l'apprentissage, la mémoire ou le sommeil. Leur rôle physiologique a été déterminé principalement par des lésions, qui ne sont pas toutes spécifiques et détruisent les neurones. Afin de contourner cette limite, mon travail de thèse a eu pour objectif de développer une approche permettant d inactiver de manière spécifique, et sans les détruire, les neurones des différents noyaux cholinergiques du cerveau. La stratégie consiste à inhiber l expression de la choline acétyltransférase (ChAT), enzyme de biosynthèse de l acétylcholine, sélectivement dans les neurones d intérêt par la méthode d interférence par l ARN et à analyser les conséquences fonctionnelles de leur inactivation. La première étape a consisté à identifier un shARN, conservé chez le rat et la souris, capable d'inhiber très efficacement (>90%) l expression de la ChAT in vitro. Afin d obtenir une expression stable du shARN, un vecteur lentiviral a été construit et produit. Son efficacité a été validée sur des cellules cholinergiques en culture. Ce vecteur lentiviral a été administré dans le septum médian (SM) de rat afin d inactiver les afférences cholinergiques de l hippocampe. Les conditions expérimentales ont été optimisées et l administration de ce vecteur entraîne jusqu à 87% d inhibition de l expression de la ChAT. Les conséquences de l inactivation des neurones cholinergiques de la voie septo-hippocampique sur les performances cognitives ont été analysées. Les résultats préliminaires suggèrent un effet de l inhibition de la ChAT dans le SM sur la mémoire spatiale à long terme.PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Molecular genetic approach to the study of mammalian choline acetyltransferase

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Privation d'acétylcholine dans des souris génétiquement modifiées (effets sur le développement embryonnaire et sur le comportement moteur)

L acétylcholine (ACh), synthétisée par la choline acétyltransférase (ChAT), est l effecteur de la transmission neuromusculaire, et un régulateur du système nerveux autonome. Elle est aussi impliquée dans la mise en place et le maintien du phénotype de nombreux tissus non neuronaux. Un défaut dans le métabolisme de l ACh peut être incriminé dans la pathogénie de maladies du système nerveux dans lesquelles une mort neuronale anormale est observée. Afin d étudier le devenir des neurones cholinergiques inactivés in vivo, une lignée de souris mutante a été générée, dans laquelle le gène codant la ChAT est invalidé dans environ 50% des motoneurones du tronc cérébral et de la moelle épinière. En dépit de leur incapacité à synthétiser l ACh, ces motoneurones survivent pendant au moins 3 mois. Ces animaux développent un phénotype anormal qui prédomine sur l appareil locomoteur et constitue un modèle de vieillissement musculaire prématuré. Dans une seconde lignée de souris, le gène ChAT est inactivé de façon constitutive dans tout l organisme. Ce modèle permet d observer, in vivo, le rôle développemental de l ACh. Les animaux mourant à la naissance, seule l étude des embryons est possible. Si certaines malformations analysées, entre autres ostéo-articulaires, proviennent du déficit fonctionnel lié à l absence de neurotransmission cholinergique, nous émettons l hypothèse que d autres anomalies tissulaires (musculaires, épithéliales), sont dues à l inactivation du système cholinergique non neuronal. Nous montrons, par ailleurs, qu un taux normal d ACh est indispensable à une sécrétion normale de GH embryonnairePARIS-BIUP (751062107) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Localization of a 900-bp-long fragment of the human choline acetyltransferase gene to 10q11.2 by nonradioactive in situ hybridization

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Localization of the choline acetyltransferase (CHAT) gene to human chromosome 10

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Is RE1/NRSE a Common cis -Regulatory Sequence for ChAT and VAChT Genes?

International audienceCholine acetyltransferase (ChAT), the biosynthetic enzyme of acetylcholine, and the vesicular acetylcholine transporter (VAChT) are both required for cholinergic neurotransmission. These proteins are encoded by two embedded genes, the VAChT gene lying within the first intron of the ChAT gene. In the nervous system, both ChAT and VAChT are synthesized only in cholinergic neurons, and it is therefore likely that the cell type-specific expression of their genes is coordinately regulated. It has been suggested that a 2336-base pair genomic region upstream from the ChAT and VAChT coding sequences drives ChAT gene expression in cholinergic structures. We investigated whether this region also regulates VAChT gene transcription. Transfection assays showed that this region strongly represses the activity of the native VAChT promoters in non-neuronal cells, but has no major effect in neuronal cells whether or not they express the endogenous ChAT and VAChT genes. The silencer activity of this region is mediated solely by a repressor element 1 or neuron-restrictive silencer element (RE1/NRSE). Moreover, several proteins, including RE1-silencing transcription factor or neuron-restrictive silencer factor, are recruited by this regulatory sequence. These data suggest that this upstream region and RE1/NRSE co-regulate the expression of the ChAT and VAChT genes

Hyperfunction of muscarinic receptor maintains long-term memory in 5-HT4 receptor knock-out mice.

Patients suffering from dementia of Alzheimer's type express less serotonin 4 receptors (5-HTR(4)), but whether an absence of these receptors modifies learning and memory is unexplored. In the spatial version of the Morris water maze, we show that 5-HTR(4) knock-out (KO) and wild-type (WT) mice performed similarly for spatial learning, short- and long-term retention. Since 5-HTR(4) control mnesic abilities, we tested whether cholinergic system had circumvented the absence of 5-HTR(4). Inactivating muscarinic receptor with scopolamine, at an ineffective dose (0.8 mg/kg) to alter memory in WT mice, decreased long-term but not short-term memory of 5-HTR(4) KO mice. Other changes included decreases in the activity of choline acetyltransferase (ChAT), the required enzyme for acetylcholine synthesis, in the septum and the dorsal hippocampus in 5-HTR(4) KO under baseline conditions. Training- and scopolamine-induced increase and decrease, respectively in ChAT activity in the septum in WT mice were not detected in the 5-HTR(4) KO animals. Findings suggest that adaptive changes in cholinergic systems may circumvent the absence of 5-HTR(4) to maintain long-term memory under baseline conditions. In contrast, despite adaptive mechanisms, the absence of 5-HTR(4) aggravates scopolamine-induced memory impairments. The mechanisms whereby 5-HTR(4) mediate a tonic influence on ChAT activity and muscarinic receptors remain to be determined

Selective disruption of acetylcholine synthesis in subsets of motor neurons: A new model of late-onset motor neuron disease

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