NGF, TrkA-P and neuroprotection after a hypoxic event in the developing central nervous system

A decrease in the concentration of oxygen in the blood and tissues (hypoxia) produces important, sometimes irreversible, damages in the central nervous system (CNS) both during development and also postnatally. The present work aims at analyzing the expression of nerve growth factor (NGF) and p75 and the activation of TrkA in response to an acute normobaric hypoxic event and to evaluate the possible protective role of exogenous NGF. The developing chick optic tectum (OT), a recognized model of corticogenesis, was used as experimental system by means of in vivo and in vitro studies. Based on identification of the period of highest sensitivity of developmental programmed cell death (ED15) we show that hypoxia has a mild but reproducible effect that consist of a temporal increase of cell death 6 h after the end of a hypoxic treatment. Cell death was preceded by a significant early increase in the expression of Nerve Growth Factor (NGF) and its membrane receptor p75. In addition, we found a biphasic response of TrkA activation: a decrease during hypoxia followed by an increase −4 h later- that temporally coincide with the interval of NGF overexpression. To test the NGF - NGF receptors role in hypoxic cell death, we quantified, in primary neuronal cultures derived from ED15 OT, the levels of TrkA activation after an acute hypoxic treatment. A significant decline in the level of TrkA activation was observed during hypoxia followed, 24 h later, by significant cell death. Interestingly, this cell death can be reverted if TrkA inactivation during hypoxia is suppressed by the addition of NGF. Our results suggest that TrkA activation may play an important role in the survival of OT neurons subjected to acute hypoxia. The role of TrkA in neuronal survival after injury may be advantageously used for the generation of neuroprotective strategies to improve prenatal insult outcomes.Fil: Bogetti, María Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Rapacioli, Melina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Neurociencia Cognitiva. Fundación Favaloro. Instituto de Neurociencia Cognitiva; ArgentinaFil: Flores, Domingo Vladimir. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Neurociencia Cognitiva. Fundación Favaloro. Instituto de Neurociencia Cognitiva; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Fiszer de Plazas, Sara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; Argentin

Fast axonal transport of the proteasome complex depends on membrane interaction and molecular motor function

Protein degradation by the ubiquitin-proteasome system in neurons depends on the correct delivery of the proteasome complex. In neurodegenerative diseases, aggregation and accumulation of proteins in axons link transport defects with degradation impairments; however, the transport properties of proteasomes remain unknown. Here, using in vivo experiments, we reveal the fast anterograde transport of assembled and functional 26S proteasome complexes. A high-resolution tracking system to follow fluorescent proteasomes revealed three types of motion: actively driven proteasome axonal transport, diffusive behavior in a viscoelastic axonema and proteasome-confined motion. We show that active proteasome transport depends on motor function because knockdown of the KIF5B motor subunit resulted in impairment of the anterograde proteasome flux and the density of segmental velocities. Finally, we reveal that neuronal proteasomes interact with intracellular membranes and identify the coordinated transport of fluorescent proteasomes with synaptic precursor vesicles, Golgi-derived vesicles, lysosomes and mitochondria. Taken together, our results reveal fast axonal transport as a new mechanism of proteasome delivery that depends on membrane cargo ‘hitch-hiking’ and the function of molecular motors. We further hypothesize that defects in proteasome transport could promote abnormal protein clearance in neurodegenerative diseases.Fil: Otero, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Alloatti, Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Cromberg, Lucas Eneas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Almenar Queralt, Angels. University of California at San Diego; Estados UnidosFil: Encalada, Sandra E.. University of California at San Diego; Estados UnidosFil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Bruno, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Goldstein, Lawrence S. B.. University of California at San Diego; Estados UnidosFil: Falzone, Tomas Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; Argentin

αSynuclein control of mitochondrial homeostasis in human-derived neurons is disrupted by mutations associated with Parkinson’s disease

The etiology of Parkinson’s disease (PD) converges on a common pathogenic pathway of mitochondrial defects in which α-Synuclein (αSyn) is thought to play a role. However, the mechanisms by which αSyn and its disease-associated allelic variants cause mitochondrial dysfunction remain unknown. Here, we analyzed mitochondrial axonal transport and morphology in human-derived neurons overexpressing wild-type (WT) αSyn or the mutated variants A30P or A53T, which are known to have differential lipid affinities. A53T αSyn was enriched in mitochondrial fractions, inducing significant mitochondrial transport defects and fragmentation, while milder defects were elicited by WT and A30P. We found that αSyn-mediated mitochondrial fragmentation was linked to expression levels in WT and A53T variants. Targeted delivery of WT and A53T αSyn to the outer mitochondrial membrane further increased fragmentation, whereas A30P did not. Genomic editing to disrupt the N-terminal domain of αSyn, which is important for membrane association, resulted in mitochondrial elongation without changes in fusion-fission protein levels, suggesting that αSyn plays a direct physiological role in mitochondrial size maintenance. Thus, we demonstrate that the association of αSyn with the mitochondria, which is modulated by protein mutation and dosage, influences mitochondrial transport and morphology, highlighting its relevance in a common pathway impaired in PD.Fil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Dimopoulos, Nicolás. Fundación para la Lucha contra las Enfermedades Neurológicas de la Infancia; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Alloatti, Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Pardi, María Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Saez, Trinidad María de Los Milagros. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Otero, Maria Gabriela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Cromberg, Lucas Eneas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Marin Burgin, Antonia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires - Instituto Partner de la Sociedad Max Planck; ArgentinaFil: Scassa, Maria Elida. Fundación para la Lucha contra las Enfermedades Neurológicas de la Infancia; ArgentinaFil: Stokin, Gorazd B.. Anne’s University Hospital; República ChecaFil: Schinder, Alejandro Fabián. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires. Fundación Instituto Leloir. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Sevlever, Gustavo. Fundación para la Lucha contra las Enfermedades Neurológicas de la Infancia; ArgentinaFil: Falzone, Tomas Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

Kinesin-1-mediated axonal transport of CB1 receptors is required for cannabinoid-dependent axonal growth and guidance

Endocannabinoids (eCB) modulate growth cone dynamics and axonal pathfinding through the stimulation of cannabinoid type-1 receptors (CB1R), the function of which depends on their delivery and precise presentation at the growth cone surface. However, the mechanism involved in the axonal transport of CB1R and its transport role in eCB signaling remains elusive. As mutations in the kinesin-1 molecular motor have been identified in patients with abnormal cortical development and impaired white matter integrity, we studied the defects in axonal pathfinding and fasciculation in mice lacking the kinesin light chain 1 (Klc1^-/-^) subunit of kinesin-1. Reduced levels of CB1R were found in corticofugal projections and axonal growth cones in Klc1^-/-^ mice. By live-cell imaging of CB1R-eGFP we characterized the axonal transport of CB1R vesicles and described the defects in transport that arise after KLC1 deletion. Cofilin activation, which is necessary for actin dynamics during growth cone remodeling, is impaired in the Klc1^-/-^ cerebral cortex. In addition, Klc1^-/-^ neurons showed expanded growth cones that were unresponsive to CB1R-induced axonal elongation. Together, our data reveal the relevance of kinesin-1 in CB1R axonal transport and in eCB signaling during brain wiring.Fil: Saez, Trinidad María de Los Milagros. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Fernandez Bessone, Iván. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Rodriguez, María S.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Alloatti, Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Otero, María G.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Cromberg, Lucas Eneas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; ArgentinaFil: Oubiña, Gonzalo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Sosa, Lucas Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Buffone, Mariano Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Gelman, Diego Matias. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; ArgentinaFil: Falzone, Tomas Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia "Prof. Eduardo de Robertis". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina. Instituto de Biología Celular y Neurociencia; Argentin

Developmental and hypoxia-induced cell death share common ultrastructural and biochemical apoptotic features in the central nervous system

Hypoxic insults during the perinatal period lead to motor and cognitive impairments that later appear during childhood. In the adult brain, hypoxic events often lead to necrotic neuronal death, depending on the region and intensity of the event. During development an active apoptotic cell death occurs and could be an important variable affecting the hypoxic insult outcome. In the present work we performed a comparative study, in a chick embryo model, of the phenotypes and molecular markers exhibited during developmental and hypoxic cell death (HxCD). Ultrastructural analysis of optic tectum cells of embryos subjected to hypoxia (8% O2, 60 min) revealed a clear apoptotic morphology that did not differ from the one exhibited during developmental cell death. Integrity of plasma membrane, condensation of chromatin in round well-defined bodies, and gradual shrinkage of the cell are all hallmarks of the apoptotic process and were present in both control and hypoxic cells. To elucidate if hypoxic and developmental cell deaths share a common mechanism we evaluated the activation of both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways. A basal cleavage of caspase-9 and cytochrome c release was observed by co-immunofluorescence in control embryos, but hypoxic insult significantly increased the incidence of this colocalization. Caspase-8 cleavage remained unchanged after the hypoxic insult, suggesting that the extrinsic pathway would not be involved in hypoxic death. We also observed a significant decrease of Akt activation immediately after hypoxia, possibly facilitating the later release of cytochrome c. In addition we analyzed the influence of retinal ganglion cells (RGC) in neuronal survival. Transection of RGC fibers at embryonic day (ED) 3 did not induce any change in developmental and HxCD at ED12. In conclusion, our findings demonstrate that a hypoxic insult in the developing brain triggers the same apoptotic pathway as the active developmental death.Fil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencias "Profesor Eduardo de Robertis"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; ArgentinaFil: Bogetti, Maria Eugenia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencias "Profesor Eduardo de Robertis"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; ArgentinaFil: Fiszer, Sara. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencias "Profesor Eduardo de Robertis"; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; Argentin

Tau isoforms imbalance impairs the axonal transport of the amyloid precursor protein in human neurons

Tau, as a microtubule (MT)-associated protein, participates in key neuronal functions such as the regulation of MT dynamics, axonal transport, and neurite outgrowth. Alternative splicing of exon 10 in the tau primary transcript gives rise to protein isoforms with three (3R) or four (4R) MT binding repeats. Although tau isoforms are balanced in the normal adult human brain, imbalances in 3R:4R ratio have been tightly associated with the pathogenesis of several neurodegenerative disorders, yet the underlying molecular mechanisms remain elusive. Several studies exploiting tau overexpression and/or mutations suggested that perturbations in tau metabolism impair axonal transport. Nevertheless, no physiological model has yet demonstrated the consequences of altering the endogenous relative content of tau isoforms over axonal transport regulation. Here, we addressed this issue using a trans-splicing strategy that allows modulating tau exon 10 inclusion/exclusion in differentiated human-derived neurons. Upon changes in 3R:4R tau relative content, neurons showed no morphological changes, but live imaging studies revealed that the dynamics of the amyloid precursor protein (APP) were significantly impaired. Single trajectory analyses of the moving vesicles showed that predominance of 3R tau favored the anterograde movement of APP vesicles, increasing anterograde run lengths and reducing retrograde runs and segmental velocities. Conversely, the imbalance toward the 4R isoform promoted a retrograde bias by a significant reduction of anterograde velocities. These findings suggest that changes in 3R:4R tau ratio has an impact on the regulation of axonal transport and specifically inAPPdynamics, which might link tau isoform imbalances with APP abnormal metabolism in neurodegenerative processes.Fil: Lacovich, Valentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; Argentina. International Clinical Research Center; Estados UnidosFil: Espindola, Sonia Lorena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; ArgentinaFil: Alloatti, Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Pozo Devoto, Victorio Martin. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Cromberg, Lucas Eneas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; ArgentinaFil: Carna, Mária E.. International Clinical Research Center; Estados UnidosFil: Forte, Giancarlo. International Clinical Research Center; Estados UnidosFil: Gallo, Jean Marc. King's College London; Reino UnidoFil: Bruno, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Física de Buenos Aires. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Física de Buenos Aires; ArgentinaFil: Stokin, Xgorazd B.. Anne's University Hospital; República ChecaFil: Avale, Maria Elena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular ; ArgentinaFil: Falzone, Tomas Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Biología Celular y Neurociencia ; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Biología y Medicina Experimental. Fundación de Instituto de Biología y Medicina Experimental. Instituto de Biología y Medicina Experimental; Argentin

Additional file 1 of Unraveling axonal mechanisms of traumatic brain injury

Additional file 1: Fig. S1. Characterization of injury system, Related to Fig. 1

Additional file 12 of Unraveling axonal mechanisms of traumatic brain injury

Additional file 12: Table S3. Kinase analysis results

Additional file 7 of Unraveling axonal mechanisms of traumatic brain injury

Additional file 7: Fig. S2. Membrane permeability and Ca2+ blockers dose response assessment, Related to Fig. 3