Elk-1 a Transcription Factor with Multiple Facets in the Brain

The ternary complex factor (TCF) Elk-1 is a transcription factor that regulates immediate early gene (IEG) expression via the serum response element (SRE) DNA consensus site. Elk-1 is associated with a dimer of serum response factor (SRF) at the SRE site, and its phosphorylation occurs at specific residues in response to mitogen-activated protein kinases (MAPKs), including c-Jun-N terminal kinase (JNK), p38/MAPK, and extracellular-signal regulated kinase (ERK). This phosphorylation event is critical for triggering SRE-dependent transcription. Although MAPKs are fundamental actors for the instatement and maintenance of memory, and much investigation of their downstream signaling partners have been conducted, no data yet clearly implicate Elk-1 in these processes. This is partly due to the complexity of Elk-1 sub-cellular localization, and hence functions, within neurons. Elk-1 is present in its resting state in the cytoplasm, where it colocalizes with mitochondrial proteins or microtubules. In this particular sub-cellular compartment, overexpression of Elk-1 is toxic for neuronal cells. When phosphorylated by the MAPK/ERK, Elk-1 translocates to the nucleus where it is implicated in regulating chromatin remodeling, SRE-dependent transcription, and neuronal differentiation. Another post-translational modification is the conjugation to SUMO (Small Ubiquitin-like MOdifier), which relocalizes Elk-1 in the cytoplasm. Thus, Elk-1 plays a dual role in neuronal functions: pro-apoptotic within the cytoplasm, and pro-differentiation within the nucleus. To address the role of Elk-1 in the brain, one must be aware of its multiple facets, and design molecular tools that will shut down Elk-1 expression, trafficking, or activation, in specific neuronal compartments. We summarize in this review the known molecular functions of Elk-1, its regulation in neuronal cells, and present evidence of its possible implication in model systems of synaptic plasticity, learning, but also in neurodegenerative diseases

The cholesterol 24-hydroxylase activates autophagy and decreases mutant huntingtin build-up in a neuroblastoma culture model of Huntington’s disease

Objective Compromised brain cholesterol turnover and altered regulation of brain cholesterol metabolism have been allied with some neurodegenerative diseases, including Huntington’s disease (HD). Following our previous studies in HD, in this study we aim to investigate in vitro in a neuroblastoma cellular model of HD, the effect of CYP46A1 overexpression, an essential enzyme in cholesterol metabolism, on huntingtin aggregation and levels. Results We found that CYP46A1 reduces the quantity and size of mutant huntingtin aggregates in cells, as well as the levels of mutant huntingtin protein. Additionally, our results suggest that the observed beneficial effects of CYP46A1 in HD cells are linked to the activation of autophagy. Taken together, our results further demonstrate that CYP46A1 is a pertinent target to counteract HD progression.This work was supported by Brainvectis and E.rare: E-Rare Joint Transnational Call for Proposals 2017 “Transnational Research Projects for Innovative Therapeutic Approaches for Rare Diseases”. CN laboratory is supported by the French Muscular Dystrophy Association (AFM-Téléthon), the Ataxia UK, and the Fundação para a Ciência e Tecnologia (project ALG-01-0145-FEDER-29480 “SeGrPolyQ”). AM is supported by a Ph.D. fellowship from FCT (SFRH/BD/133192/2017)info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Dopamine D2 Receptor Stimulation Potentiates PolyQ-Huntingtin-Induced Mouse Striatal Neuron Dysfunctions via Rho/ROCK-II Activation

Huntington's disease (HD) is a polyglutamine-expanded related neurodegenerative disease. Despite the ubiquitous expression of expanded, polyQ-Huntingtin (ExpHtt) in the brain, striatal neurons present a higher susceptibility to the mutation. A commonly admitted hypothesis is that Dopaminergic inputs participate to this vulnerability. We previously showed that D2 receptor stimulation increased aggregate formation and neuronal death induced by ExpHtt in primary striatal neurons in culture, and chronic D2 antagonist treatment protects striatal dysfunctions induced by ExpHtt in a lentiviral-induced model system in vivo. The present work was designed to elucidate the signalling pathways involved, downstream D2 receptor (D2R) stimulation, in striatal vulnerability to ExpHtt.Using primary striatal neurons in culture, transfected with a tagged-GFP version of human exon 1 ExpHtt, and siRNAs against D2R or D1R, we confirm that DA potentiates neuronal dysfunctions via D2R but not D1R stimulation. We demonstrate that D2 agonist treatment induces neuritic retraction and growth cone collapse in Htt- and ExpHtt expressing neurons. We then tested a possible involvement of the Rho/ROCK signalling pathway, which plays a key role in the dynamic of the cytoskeleton, in these processes. The pharmacological inhibitors of ROCK (Y27632 and Hydroxyfasudil), as well as siRNAs against ROCK-II, reversed D2-related effects on neuritic retraction and growth cone collapse. We show a coupling between D2 receptor stimulation and Rho activation, as well as hyperphosphorylation of Cofilin, a downstream effector of ROCK-II pathway. Importantly, D2 agonist-mediated potentiation of aggregate formation and neuronal death induced by ExpHtt, was totally reversed by Y27632 and Hydroxyfasudil and ROCK-II siRNAs.Our data provide the first demonstration that D2R-induced vulnerability in HD is critically linked to the activation of the Rho/ROCK signalling pathway. The inclusion of Rho/ROCK inhibitors could be an interesting therapeutic option aimed at forestalling the onset of the disease

Cocaine increases dopaminergic connectivity in the nucleus accumbens.

The development of addictive behavior is associated with functional and structural plasticity in the mesocorticolimbic pathway. Increased connectivity upon cocaine administration has been inferred from increases in dendritic spine density, but without observations of presynaptic elements. Recently, we established a method that enables analyses of both dendritic spines and glutamatergic boutons and presented evidence that cocaine induces changes in striatal connectivity. As the pharmacological and behavioral effects of cocaine directly implicate dopaminergic neurons and their afferents, a remaining question is whether dopaminergic striatal innervations also undergo structural plasticity. To address this issue, we generated transgenic mice in which the fluorophore tdTomato is expressed under the promoter of the dopamine transporter gene. In these mice, specific labeling of dopaminergic boutons was observed in the striatum. Of note, the accordance of our results for control mice with previous electron microscopy studies confirms that our method can be used to decipher the spatial organization of boutons in relation to dendritic elements. Following repeated cocaine administration that led to behavioral locomotor sensitization, an increased density of dopaminergic boutons was observed 1 day later in the nucleus accumbens shell specifically, and not in other striatal regions. Combined labeling of dopaminergic boutons and striatal dendrites showed that cocaine significantly increased the percentage of dendritic spines associated with a dopaminergic bouton. Our results show that chronic cocaine administration induces structural plasticity of dopaminergic boutons that could participate in dopamine-dependent neuronal adaptations in the striatum.This work was supported by Centre National pour la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), University Pierre and Marie Curie (UPMC), Agence Nationale de la Recherche (ANR), Fondation pour la Recherche Médicale (FRM) and the Labex Bio-Psy cluster of excellence. M.D.S. was a recipient of a fellowship from French Ministry of Research and Labex Bio-Psy. E.N.C. was supported by the Ecole de Neuroscience de Paris (ENP) and FRM

LA VOIE MAPK/ERK (UN SUBSTRAT NEUROBIOLOGIQUE DE LA DEPENDANCE AUX SUBSTANCES TOXICOMANOGENES)

LE BUT DE CE TRAVAIL FUT DE VALIDER UN MODELE PERMETTANT L'ETUDE DES PROPRIETES MOTIVATIONNELLES INDUITES PAR LE THC CHEZ LA SOURIS PUIS D'EVALUER LE ROLE DE LA VOIE DE SIGNALISATION MAPK/ERK DANS LA MISE EN PLACE DES ADAPTATIONS NEURONALES RESPONSABLES DES COMPORTEMENTS ADDICTIFS DU THC ET DE LA COCAINE. LES REPONSES MOTIVATIONNELLES INDUITES PAR LE THC ONT ETE EVALUEES DANS LE TEST DE PREFERENCE DE PLACE, EN MINIMISANT LES EFFETS DYSPHORIQUES INDUITS PAR LA PREMIERE EXPOSITION A LA DROGUE ET/OU LES CONSEQUENCES DES PROPRIETES PHARMACOCINETIQUES DU COMPOSE. AINSI, SELON LA DOSE ET LE PROTOCOLE EXPERIMENTAL UTILISE, LE THC EST CAPABLE D'INDUIRE A LA FOIS DES EFFETS RENFORCANTS ET AVERSIFS. L'ADMINISTRATION AIGUE DE COCAINE ET DE THC CHEZ LA SOURIS, S'ACCOMPAGNE D'UNE AUGMENTATION TRANSITOIRE DE LA PHOSPHORYLATION DES ERKS DANS LES CELLULES STRIATALES. LA LIBERATION DE DOPAMINE CONSTITUE UN EVENEMENT MAJEUR DANS L'ACTIVATION DES ERKS QUI EST TOTALEMENT DEPENDANTE DE LA STIMULATION DES RECEPTEURS D1 AVEC UNE CONTRIBUTION PARTIELLE DES RECEPTEURS D2. LES RECEPTEURS NMDA INTERVIENNENT EGALEMENT DANS L'ACTIVATION DES ERKS PAR CES DEUX SUBSTANCES. L'ACTIVATION DU FACTEUR DE TRANSCRIPTION ELK-1 ET LA REGULATION TRANSCRIPTIONNELLE DES GENES PRECOCES C-FOS ET ZIF268 EN REPONSE A L'ADMINISTRATION AIGUE DE THC ET DE COCAINE SONT CONTROLEES PAR LES VOIES ERKS. ENFIN, LE BLOCAGE DES VOIES ERKS PAR UN INHIBITEUR DE MEK (SL327) ABOLIT LA PREFERENCE DE PLACE CONDITIONNEE INDUITE PAR LA COCAINE ET LE THC AINSI QUE LA SENSIBILISATION LOCOMOTRICE INDUITE PAR UNE ADMINISTRATION REPETEE DE COCAINE SANS TOUTEFOIS AFFECTER LES REPONSES COMPORTEMENTALES AIGUES INDUITES PAR CES DEUX DROGUES. L'ACTIVATION DES ERKS DANS LES CELLULES STRIATALES CONSTITUERAIT UN MECANISME COMMUN D'ACTION DE CES DROGUES. EN CONTROLANT UNE PREMIERE VAGUE DE REGULATIONS GENIQUES, CETTE VOIE DE TRANSDUCTION JOUERAIT UN ROLE MAJEUR DANS LES ADAPTATIONS NEURONALES RESPONSABLES DES COMPORTEMENTS ADDICTIFS A LONG TERME.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocCentre Technique Livre Ens. Sup. (774682301) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Rôles des récepteurs du glutamate et de la dopamine dans l activation de l Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK) par les psychostimulants dans le striatum

Les drogues d abus augmentent de la concentration extracellulaire de dopamine et induisent la phosphorylation de l Extracellular-signal Regulated Kinase (ERK) dans le striatum. L activation de ERK par la cocaïne est dépendante de la stimulation des D1R et des récepteurs glutamatergiques NMDA (NMDAR) et joue un rôle clé dans les effets comportementaux à long terme. La voie de transduction du signal D1R/AMPc/PKA est importante pour l activation de ERK, par un mécanisme impliquant la DARPP-32 (dopamine- and cAMP-regulated phosphoprotein of Mr 32,000). De plus, l activation de ERK par la cocaïne, résulte d une potentialisation de la fonction des NMDAR, déclenchée par les D1R. Cette potentialisation dépend de la phosphorylation sur tyrosine de la sous-unité NR2B des NMDAR, via l activation de kinases de la famille de Src (SFKs). Ainsi, l influx calcique dépendant de la cascade D1R/SFKs/N2RB déclenche l activation de ERK en réponse à la cocaïne. D autre part, la voie D1R/AMPc/PKA/DARPP-32 révèle cet évènement, en inhibant des phosphatases de la voie ERKPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Rôle de la protéine MSK-1 dans le remodelage de la chromatine et la neuroprotection dans un modèle murin de la maladie de Huntington

La maladie de Huntington (MH) est une maladie neurodégénérative résultant d une expansion anormale de polyglutamine dans la partie N-terminale de la protéine Huntingtine. Cette expansion entraine une agrégation de la protéine mutée (Exp-HTT), causant des dysfonctions neuronales et la mort des neurones striataux. MSK-1, protéine nucléaire impliquée dans le remodelage de la chromatine via la phosphorylation des histones H3, est déficiente dans le striatum de patients atteints de MH et de souris modèles de MH. Sa restauration dans des neurones striataux en culture les protége des dysfonctions neuronales et de la mort induite par l Exp-HTT. Afin d étudier le rôle neuroprotecteur de MSK-1 in vivo, nous avons réalisé des infections intra-striatales chez le rat, à l aide de lentivirus permettant la surexpression de l Exp-HTT. La surexpression de MSK-1 attenue les dysfonctions neuronales induites par l Exp-HTT et induit une hyperphosphorylation constitutive de H3 et de CREB. De plus, la surexpression de MSK-1 augmente l expression de PGC-1alpha, un co-activateur transcriptionnel impliqué dans la biogenèse mitochondriale. MSK-1 régule transcriptionnellent l expression de PGC-1alpha en se fixant directement sur son promoteur, via la phosphorylation de H3 et de CREB. Enfin, les souris knock-out MSK-1 présentent une atrophie striatale spontanée et sont plus susceptibles à l administration de 3-NP. Ces travaux mettent en évidence le rôle clé de l activation de MSK-1 dans la cascade de signalisation régulant l expression de PGC-1alpha et envisagent la possibilité que la restauration de l expression de MSK-1 dans le striatum offre des approches thérapeutiques nouvelles dans la MH.PARIS-BIUSJ-Biologie recherche (751052107) / SudocSudocFranceF

Rôle des voies de transduction intracellulaire c-Jun N-terminal Kinase dans la neurodégénérescence striatale (application à la maladie de Huntington)

La maladie de Huntington (MH) est une affection génétique neurodégénérative héréditaire, létale causée par l'expansion d'un motif polyglutamine dans la huntingtine. Cette maladie résulte d'une mort neuronale dans une région cérébrale, le striatum. Une approche expérimentale utilisée pour étudier ce point, consiste à reproduire chez l'animal, les caractéristiques phénotypiques de la maladie par administration systémique d'une neurotoxine: l'acide 3-Nitropropionique (3-NP). Notre travail de recherche a concerné l'élucidation des mécanismes intracellulaires qui gouverne la mort des neurones striataux dans la maladie de Huntington. Une première approche était un modèle in vivo, chez le rat, utilisant l'administration chronique de 3-NP. Nous avons montré dans ce modèle l'activation d'une voie de transduction intracellulaire, la voie des c-Jun N-terminal Kinase (JNK) in vivo, en réponse au 3-NP. Cette activation est sélective du striatum, associée à la régulation du facteur de transcription c-Jun, qui joue un rôle important dans l'expression de gènes pro-apoptotiques. Pour pouvoir caractériser la fonction du module JNK/c-Jun dans la mort induite par le 3-NP, nous avons utilisé des cultures primaires de striatum traitées au 3-NP. Grâce à ce modèle, nous avons pu montrer que l'inhibition de c-Jun protégeait les neurones striataux de l'apoptose induite par le 3-NP. La suite logique de ce travail est d'appliquer ces résultats à la neurodégénérescence observée dans la MH. Dans des cultures primaires de striatum exprimant l'exon 1 de la huntingtine mutée, nous avons pu reproduire la dégénérescence striatale et observé une activation du facteur de transcription c-Jun. L'invalidation des fonctions de c-Jun montre une protection vis à vis de la mort neuronale induite par la huntingtine mutée. L'ensemble de ces études, nous a permis de mettre en évidence, l'implication de la voie JNK ciblant c-Jun dans la neurodégénérescence striatale dans deux modèles de MH.Huntington's disease (HD) is an autosomal dominant neurodegenerative disorder, caused by an expansion of a polyglutamine repeat in the huntingtin protein, the function of which is still unknown. Although huntingtin is expressed throughout the body, HD pathology is characterized by extensive loss of neurons in the striatum. The mechanism of this neuronal degeneration is unknown. The JNK (c-Jun N-terminal Kinase) belongs to the group of Mitogen-activated protein (MAP) kinases and is activated in response to cellular stress, including high doses of dopamine or glutamate, in striatal neurons. ln this manner, JNK participates to the apoptotic response in various systems. The apoptotic functions of JNK critically depend of its major substrate the nuclear transcription factor c-Jun. We showed that the JNK/c- Jun module was activated by 3-nitropropionic acid (3-NP), a mitochondrial toxin that reproduces, in vivo, in the rat, some major characteristics of HD, including behavioural and morphological alterations (including selective degeneration of striatal neurons). Of interest, systemic and chronic administration of 3-NP, induced, JNK and c-Jun phosphorylation specifically within the striatum. Application of 3-NP on primary striatal cultures in vitro, reproduced both JNK and c-Jun activation, and overexpression of a dominant negative version of c-Jun inhibited 3-NP-induced striatal death. We then washed in an in vitro model of HD, primary striatal neurons transfected with the mutated huntingtin, with an expanded polyglutamine tract. Our data indicate that a significant percentage of striatal neurons expressing expanded- but not normal-huntingtin, present phosphorylation of c-Jun. Moreover, co-expression of a dominant negative version of c-Jun, together with mutated huntingtin significantly impairs striatal neuron death induced by mutated huntingtin. These data suggest that a pro-apoptotic gene program, involving the JNK pathway, can be an early event in the pathogenesis of HD.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

IMPLICATION DU FACTEUR DE TRANSCRIPTION ELK-1 DANS LA PLASTICITE SYNAPTIQUE ET LA DIFFERENCIATION NEURONALE

LE FACTEUR DE TRANSCRIPTION ELK-1 APPARTIENT A LA FAMILLE DES PROTEINES ETS ET CONSTITUE UNE CIBLE NUCLEAIRE MAJEURE DES VOIES DE SIGNALISATION MAPK (MITOGEN ACTIVATED PROTEIN KINASE). SA PHOSPHORYLATION PAR LES MAPK ACTIVES PERMET LA TRANSACTIVATION DE GENES PORTEURS DE SITES SERUM RESPONSIVE ELEMENT (SRE) SUR LEUR PROMOTEUR. BIEN QUE DES DONNEES RECENTES AIENT MONTRE QUE LES MAPK DE TYPE EXTRACELLULAR-SIGNAL REGULATED KINASE (ERK) ETAIENT EXPRIMEES ET REGULEES DANS LES CELLULES NEURONALES, LE ROLE DE ELK-1 DANS CES CELLULES DEMEURAIT PEU DOCUMENTE. L'ETUDE DE SON EXPRESSION DANS LE CERVEAU ADULTE A PERMIS DE MONTRER QUE CETTE PROTEINE ETAIT UBIQUISTE ET PRESENTAIT LA CARACTERISTIQUE, PEU FREQUENTE POUR UN FACTEUR DE TRANSCRIPTION, D'ETRE EXPRIMEE DANS LE NOYAU ET LE CYTOPLASME DES NEURONES. L'ANALYSE DE SA REGULATION DANS DES MODELES IN VITRO ET IN VIVO D'INDUCTION DE GENES POSSEDANT UN SITE SRE NOUS A PERMIS DE MONTRER QUE I) ELK-1 ETAIT PHOSPHORYLE PAR ERK DANS LE NOYAU ET LE CYTOPLASME II) DEUX MODULES : ERK/ELK-1 ET ERK/?/CREB (CRE-BINDING PROTEIN), ACTIVES PAR LES CAMK (CALCIUM/ CALMODULIN KINASE), JOUAIT UN ROLE CLE DANS LA REGULATION GENIQUE. DE PLUS, L'ACTIVATION DE ELK-1 ET CREB PAR ERK ETAIT NECESSAIRE A LA POTENTIATION SYNAPTIQUE A LONG TERME IN VIVO, SUGGERANT QUE L'ACTIVATION DE ELK-1 ETAIT UN EVENEMENT CLE DANS LES REGULATIONS GENIQUES SOUS TENDANT LA PLASTICITE SYNAPTIQUE. NOUS AVONS ENSUITE MONTRE QUE LA PRESENCE DE ELK-1 DANS LE CYTOPLASME DES NEURONES ETAIT DUE A L'EXPRESSION D'UNE ISOFORME NEURONALE DE ELK-1(SELK-1). NOUS AVONS ETABLI QUE SELK-1 ETAIT TRONQUEE DANS SON DOMAINE DE LIAISON A L'ADN ET POSSEDAIT DES PROPRIETES INHIBITRICES SUR L'ACTIVITE DU SITE SRE. DE PLUS, ELK-1 ET SELK-1 POSSEDENT DES ROLES OPPOSES SUR LA DIFFERENCIATION NEURONALE DES CELLULES PC12 INDUITE PAR LE NGF PUISQUE SEULE LA PROTEINE TRONQUEE FACILITE LA DIFFERENTIATION, VRAISEMBLABLEMENT PAR UN CONTROLE DES GENES IMPLIQUES DANS LE CYCLE CELLULAIRE.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocCentre Technique Livre Ens. Sup. (774682301) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF