Early alterations in the electrophysiological properties of rat spinal motoneurones following neonatal axotomy

Early in development, motoneurones are critically dependent on their target muscles for survival and differentiation. Previous studies have shown that neonatal axotomy causes massive motoneurone death and abnormal function in the surviving motoneurones. We have investigated the electrophysiological and morphological properties of motoneurones innervating the flexor tibialis anterior (TA) muscle during the first week after a neonatal axotomy, at a time when the motoneurones would be either in the process of degeneration or attempting to reinnervate their target muscles. We found that a large number (∼75%) of TA motoneurones died within 3 weeks after neonatal axotomy. Intracellular recordings revealed a marked increase in motoneurone excitability, as indicated by changes in passive and active membrane electrical properties. These changes were associated with a shift in the motoneurone firing pattern from a predominantly phasic pattern to a tonic pattern. Morphologically, the dendritic tree of the physiologically characterized axotomized cells was significantly reduced compared with age-matched normal motoneurones. These data demonstrate that motoneurone electrical properties are profoundly altered shortly after neonatal axotomy. In a subpopulation of the axotomized cells, abnormally high motoneurone excitability (input resistance significantly higher compared with control cells) was associated with a severe truncation of the dendritic arbor, suggesting that this excitability may represent an early electrophysiological correlate of motoneurone degeneration

Characterising brown dwarf companions with IRDIS long-slit spectroscopy: HD 1160 B and HD 19467 B

The determination of the fundamental properties (mass, separation, age, gravity and atmospheric properties) of brown dwarf companions allows us to infer crucial informations on their formation and evolution mechanisms. Spectroscopy of substellar companions is available to date only for a limited number of objects (and mostly at very low resolution, R<50) because of technical limitations, i.e., contrast and angular resolution. We present medium resolution (R=350), coronagraphic long-slit spectroscopic observations with SPHERE of two substellar companions, HD 1160 B and HD 19467 B. We found that HD 1160 B has a peculiar spectrum that cannot be fitted by spectra in current spectral libraries. A good fit is possible only considering separately the Y+J and the H spectral band. The spectral type is between M5 and M7. We also estimated a T_eff of 2800-2900 K and a log(g) of 3.5-4.0 dex. The low surface gravity seems to favour young age (10-20 Myr) and low mass (~20 M Jup ) for this object. HD 19467 B is instead a fully evolved object with a T_eff of ~1000 K and log g of ~5.0 dex. Its spectral type is T6+/-1.Comment: 14 pages, 14 Figures. Accepted for publication on MNRA

Effects of peripheral nerve injury on parvalbumin expression in adult rat dorsal root ganglion neurons

Background: Parvalbumin (PV) is a calcium binding protein that identifies a subpopulation of proprioceptive dorsal root ganglion (DRG) neurons. Calcitonin gene-related peptide (CGRP) is also expressed in a high proportion of muscle afferents but its relationship to PV is unclear. Little is known of the phenotypic responses of muscle afferents to nerve injury. Sciatic nerve axotomy or L5 spinal nerve ligation and section (SNL) lesions were used to explore these issues in adult rats using immunocytochemistry. Results: In naive animals, the mean PV expression was 25 % of L4 or L5 dorsal root ganglion (DRG) neurons, and this was unchanged 2 weeks after sciatic nerve axotomy. Colocalization studies with the injury marker activating transcription factor 3 (ATF3) showed that approximately 24 % of PV neurons expressed ATF3 after sciatic nerve axotomy suggesting that PV may show a phenotypic switch from injured to uninjured neurons. This possibility was further assessed using the spinal nerve ligation (SNL) injury model where injured and uninjured neurons are located in different DRGs. Two weeks after L5 SNL there was no change in total PV staining and essentially all L5 PV neurons expressed ATF3. Additionally, there was no increase in PV-ir in the adjacent uninjured L4 DRG cells. Co-labelling of DRG neurons revealed that less than 2 % of PV neurons normally expressed CGRP and no colocalization was seen after injury. Conclusion: These experiments clearly show that axotomy does not produce down regulation of PV protein in the DRG. Moreover, this lack of change is not due to a phenotypic switch in PV immunoreactive (ir) neurons, or de novo expression of PV-ir in uninjured neurons after nerve injury. These results further illustrate differences that occur when muscle afferents are injured as compared to cutaneous afferents

Segmentation of the mouse fourth deep lumbrical muscle connectome reveals concentric organization of motor units

Connectomic analysis of the nervous system aims to discover and establish principles that underpin normal and abnormal neural connectivity and function. Here we performed image analysis of motor unit connectivity in the fourth deep lumbrical muscle (4DL) of mice, using transgenic expression of fluorescent protein in motor neurones as a morphological reporter. We developed a method that accelerated segmentation of confocal image projections of 4DL motor units, by applying high resolution (63×, 1.4 NA objective) imaging or deconvolution only where either proved necessary, in order to resolve axon crossings that produced ambiguities in the correct assignment of axon terminals to identified motor units imaged at lower optical resolution (40×, 1.3 NA). The 4DL muscles contained between 4 and 9 motor units and motor unit sizes ranged in distribution from 3 to 111 motor nerve terminals per unit. Several structural properties of the motor units were consistent with those reported in other muscles, including suboptimal wiring length and distribution of motor unit size. Surprisingly, however, small motor units were confined to a region of the muscle near the nerve entry point, whereas their larger counterparts were progressively more widely dispersed, suggesting a previously unrecognised form of segregated motor innervation in this muscle. We also found small but significant differences in variance of motor endplate length in motor units, which correlated weakly with their motor unit size. Thus, our connectomic analysis has revealed a pattern of concentric innervation that may perhaps also exist in other, cylindrical muscles that have not previously been thought to show segregated motor unit organisation. This organisation may be the outcome of competition during postnatal development based on intrinsic neuronal differences in synaptic size or synaptic strength that generates a territorial hierarchy in motor unit size and disposition

Cytokine therapy-mediated neuroprotection in a Friedreich's ataxia mouse model

Objectives Friedreich's ataxia is a devastating neurological disease currently lacking any proven treatment. We studied the neuroprotective effects of the cytokines, granulocyte‐colony stimulating factor (G‐CSF) and stem cell factor (SCF) in a humanized murine model of Friedreich's ataxia. Methods Mice received monthly subcutaneous infusions of cytokines while also being assessed at monthly time points using an extensive range of behavioral motor performance tests. After 6 months of treatment, neurophysiological evaluation of both sensory and motor nerve conduction was performed. Subsequently, mice were sacrificed for messenger RNA, protein, and histological analysis of the dorsal root ganglia, spinal cord, and cerebellum. Results Cytokine administration resulted in significant reversal of biochemical, neuropathological, neurophysiological, and behavioural deficits associated with Friedreich's ataxia. Both G‐CSF and SCF had pronounced effects on frataxin levels (the primary molecular defect in the pathogenesis of the disease) and a regulators of frataxin expression. Sustained improvements in motor coordination and locomotor activity were observed, even after onset of neurological symptoms. Treatment also restored the duration of sensory nerve compound potentials. Improvements in peripheral nerve conduction positively correlated with cytokine‐induced increases in frataxin expression, providing a link between increases in frataxin and neurophysiological function. Abrogation of disease‐related pathology was also evident, with reductions in inflammation/gliosis and increased neural stem cell numbers in areas of tissue injury. Interpretation These experiments show that cytokines already clinically used in other conditions offer the prospect of a novel, rapidly translatable, disease‐modifying, and neuroprotective treatment for Friedreich's ataxia.This work was supported by the Medical Research Council (grant number: MR/J012580/1

Apports méthodologiques pour la modélisation du comportement à la lixiviation de résidus minéraux. Application aux solidifiats de boues d\u27hydroxydes métalliques

Le comportement à la lixiviation de solidifiats de boues dhydroxydes métalliques est étudié dans loptique du développement de méthodologies pour la modélisation comportementale de la lixiviation de matrices minérales. Une telle modélisation nécessite lidentification et la quantification des phases minérales réagissant au cours de la lixiviation ou contrôlant le relargage des polluants (modèle chimique ou réactionnel).La méthodologie développée base la construction de ces modèles réactionnels sur lassociation de tests de lixiviation et danalyses minéralogiques du matériau. Cette approche combinée vise à établir les liens entre solubilisation des éléments (tests ANC et de dissolution sélective) et la minéralogie des matériaux (DRX et observations MEB-EDS avant et après lixiviation). Le test de dissolution sélective savère être un outil particulièrement efficient pour lidentification de ces liens puisquil dévoile les principales réactions de dissolution contrôlant la réponse du matériau à une attaque acide (analyse différentielle). De plus, lanalyse ciblée des lixiviats permet de relier la solubilisation des éléments, en particulier des polluants, à ces réactions de dissolution. Une méthode basée sur létude par simulation numérique de la stabilité des minéraux en « environnements réalistes » a été développée pour identifier ces réactions. Un assemblage minéral peut, ainsi, être établi pour représenter chaque matériau et sa réponse à lattaque acide. Pour simuler le comportement en conditions réelles de mises en uvre, les modèles réactionnels doivent être couplés avec un modèle de transport. Ce dernier a été élaboré à partir du comportement des solubles (Na et K) lors dun test de lixiviation séquentielle sur monolithe (TLM). La simulation de ce test ne permet quune validation partielle des modèles chimiques élaborés. Néanmoins le TLM induit de trop faibles évolutions des matériaux pour permettre de juger de la fiabilité des résultats de simulations du comportement à long terme. Cette étude du comportement à la lixiviation est limitée aux réactions de dissolution/précipitation et à linfluence du pH. Compte tenu de la multiplicité des phénomènes mis en jeu, il convient de compléter les méthodes proposées en vue dune modélisation dautres types de réaction (sorption) ou de linfluence dautres paramètres (oxydation, carbonatation)

Modéliser pour comprendre, modéliser pour prévoir : apports de la modélisation pour l'évaluation environnementale des filières de gestion de déchets

La modélisation est un outil indispensable pour l’évaluation environnementale des filières de gestion de déchets, notamment lorsqu’il s’agit de les recycler ou de les réutiliser en tant que matières premières. L’objectif de prédiction des flux de polluants et des impacts environnementaux butte sur la difficulté, voire l’impossibilité, de valider les modèles élaborés. Pour dépasser cette question de la fiabilité de la simulation prédictive, une nouvelle approche de l’évaluation environnementale est proposée. Il s’agit de déterminer, à partir d’une connaissance fine du comportement des matériaux, les conditions pour lesquelles les polluants sont mobilisés. La modélisation peut alors être utilisée à deux niveaux : « modéliser pour comprendre » et « modéliser pour prévoir ». « Modéliser pour comprendre » consiste à utiliser la modélisation et la simulation numérique pour valider les hypothèses formulées à partir des observations expérimentales et ainsi identifier et comprendre les mécanismes contrôlant la rétention/mobilisation des polluants. « Modéliser pour prévoir » consiste alors à explorer par simulation numérique le comportement du déchet confronte a une multitude de conditions d’exposition afin de déterminer celles n’induisant qu’un risque limité de mobilisation des polluants. Les scénarios de gestion éco-compatibles peuvent alors être proposés

Identification of leaching-controlling process by differential analysis of acid neutralization for geochemical modeling – application to metal hydroxide sludge stabilization with coal fly ash –

L’identification des principales phases minérales contenues dans ces matériaux est nécessaire car ce sont ces phases minérales qui, en contact avec la phase aqueuse, vont réagir avec la phase aqueuse et libérer en solution les éléments polluants. Cette identification est très complexe du fait de l’influence du contexte géochimique sur la stabilité des hydrates cimentaires. La minéralogie du matériau peut être déterminée par des techniques d’observation microscopique (diffractométrie, analyse thermogravimétrique, microscopie électronique).Cette approche est cependant limitée et une modélisation géochimique basée sur les résultats de tests de lixiviation est nécessaire. En particulier, l’analyse différentielle des résultats du test de neutralisation acide permet de mettre en évidence les dissolutions de ces phases au cours de l’acidification de la matrice solide. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle géochimique peut être proposé. Après validation, les simulations permettent alors de considérer des conditions diverses d’exposition du matériau et de faire apparaître les points clé qui régissent le comportement du matériau.Les travaux présentés ici ont porté sur de boues d’hydroxydes synthétiques stabilisées/solidifiées par des liants hydrauliques. Les modélisations géochimiques ont été développées avec PHREEQC, logiciel bien adapté à l’étude des matériaux cimentaires.La mise en ouvre d’une méthodologie associant modélisation géochimique, simulations numériques, caractérisations minéralogiques et essais chimiques de lixiviation, a permis d’appréhender la très grande complexité de la problématique abordée et peut être proposée pour de manière générale pour l’évaluation environnementale de matériaux susceptibles de relâcher des polluants dans les conditions des scénarios prévus pour leur stockage ou leur recyclage