Liver X Receptors and Their Implications in the Physiology and Pathology of the Peripheral Nervous System

Recent research in the last decade has sought to explore the role and therapeutic potential of Liver X Receptors (LXRs) in the physiology and pathologies of the Peripheral Nervous System. LXRs have been shown to be important in maintaining the redox homeostasis in peripheral nerves for proper myelination, and they regulate ER stress in sensory neurons. Furthermore, LXR stimulation has a positive impact on abrogating the effects of diabetic peripheral neuropathy and obesity-induced allodynia in the Peripheral Nervous System (PNS). This review details these findings and addresses certain important questions that are yet to be answered. The potential roles of LXRs in different cells of the PNS are speculated based on existing knowledge. The review also aims to provide important perspectives for further research in elucidating the role of LXRs and assessing the potential of LXR based therapies to combat pathologies of the Peripheral Nervous System

Rôle du Liver X Récepteur ß dans le développement et la myélinisation du système nerveux périphérique

Les LXR (Liver X Receptor) ' et ß sont des récepteurs nucléaires activés par la liaison à certains dérivés oxydés du cholestérol (oxystérols) comme le 25-hydroxy-cholestérol, entre autres. Les LXR sont connus pour intervenir dans de nombreux processus biologiques tels que le métabolisme des lipides, l'homéostasie du cholestérol ou l'inflammation. Ils exercent leurs influences dans tous les organes du corps, y compris le sytème nerveux, central et périphérique. Mon laboratoire d'accueil étudie depuis des années l'implication de ces récepteurs dans la physiologie des cellules gliales et la myélinisation au moyen d'un mutant murin dénué de l'expression des deux isoformes du récepteur aux oxystérols (LXRdKO). L'équipe a ainsi montré un défaut de myélinisation du nerf sciatique en l'absence des LXR, suggérant leur importance dans ce processus. Le développement et la mise en place de la gaine de myéline est un processus complexe qui repose sur un dialogue moléculaire étroit entre l'axone et la cellule de Schwann, cellule gliale myélinisante du système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre l'implication du LXRß dans la physiologie de cette cellule, nous avons crée un mutant murin au sein duquel le LXRß est spécifiquement invalidé dans les précurseurs de cellules de Schwann (LXRß ScKO). Ce mutant fut obtenu en croisant des animaux dont l'allèle du gène de LXRß est floxé avec des souris exprimant l'enzyme de recombinaison génétique Cre sous la dépendance du promoteur Dhh (Desert Hedghog), spécifiquement exprimé par les précurseurs des cellules de Schwann pendant le développement embryonnaire à E12,5 (jour embryonnaire 12,5). De façon tout à fait intéressante, nous avons montré une absence quasi totale de cellules de Schwann dans les nerfs sciatiques des nouveau-nés mutants portant la délétion homozygote de LXRß. Cette absence est accompagnée d'un profond remaniement de l'architecture cellulaire du nerf. Dénué de cellules myélinisantes, le nerf en développement a laissé la place pendant aux cellules périneuriales qui colonisèrent l'espace endoneurial et créèrent des fascicules nerveux constitués d'agrégats d'axones aux diamètres considérablement augmentés. Afin d'étudier quand l'ablation du LXRß dans les précurseurs Schwannien menait à la disparition de la population dans les nerfs périphériques, nous avons mis au point au laboratoire la culture primaire d'explants de ganglions spinaux (DRG) qui récapitule la majorité des évènements embryonnaires nécessaires la myélinisation. Nous avons ainsi déterminé que les précurseurs Schwanniens mourraient entre 5 et 7 jours de culture ex vivo, correspondant à un stade développemental au cours duquel les précurseurs Schwanniens se différencient en cellules de Schwann immatures. L'analyse de données disponibles issues d'études transcriptomiques de la moelle épinière pendant l'embryogenèse nous a permis de constater l'importance de la régulation de l'homéostasie du cholestérol lors de la transition des cellules de Schwann du stade précurseur au stade immature. En effet, alors que l'expression des gènes de la myéline est stimulée, toute comme le gène codant pour la 25-hydroxylase, impliqué dans la synthèse du 25-hydroxy-cholestérol, celui codant pour ABCA1, impliqué dans l'efflux de cholestérol, est lui, réprimé. On peut donc supposer que chez les animaux LXRß-SCP KO, les précurseurs Schwanniens ne peuvent maintenir une forte expression des gènes de la myéline et interrompent leur programme de différenciation vers le stade immature. Ils meurent, incapables de contrôler la concentration en cholestérol nécessaire à la mise en place de la gaine de myéline. L'ensemble de ces résultats est présenté dans le manuscrit, accompagné d'une discussion traitant des futures lignes de recherche inspirées par ces données.LXR (Liver X Receptor) Alpha and Beta are nuclear receptors activated by binding to certain oxidized cholesterol derivatives (oxysterols) such as 25-hydroxy-cholesterol, among others. LXRs are known to be involved in many biological processes such as lipid metabolism, cholesterol homeostasis or inflammation. They exert their influences in all the organs of the body, including the central and peripheral nervous system. For many years, my host laboratory has been studying the involvement of these receptors in glial cell physiology and myelination using a murine mutant devoid of the expression of the two LXR isoforms (LXRdKO). The team thus showed a defect in myelination of the sciatic nerve in the absence of LXRs, highlighting their importance in this process. Schwann cell development and myelination are complex processes that rely on a close molecular dialogue between the axon and the Schwann cell. In order to better understand the involvement of LXRß, the major isoform in the nervous system, in the physiology of this cell, we have created a murine mutant in which LXRß is specifically invalidated in Schwann cell precursors (LXRß-ScKO ). This mutant was obtained by crossing animals containing floxed alleles of LXRß with mice expressing the genetic recombination enzyme Cre under the control of the Dhh promoter (Desert Hedgehog), specifically expressed by the precursors of Schwann cells during embryonic development from stage E12.5 (embryonic day 12.5). Interestingly, we have shown a quasi-total absence of Schwann cells in the sciatic nerves of newborn mutants carrying the homozygous deletion of LXRß. This absence is accompanied by a profound reorganization of the cellular architecture of the nerve which appears translucent even in adulthood. Deprived of myelinating cells, the developing nerve was colonized by perineurial cells in the endoneurial space and which then formed nerve fascicles made up of aggregates of axons with considerably increased diameters. In order to determine the exact time windowwhen Schwann cells disappeared in our mutant model, we developed a primary culture of Dorsal Root ganglion explants (DRGs) which recapitulate the majority of embryonic events necessary for myelination. We have thus determined that the Schwann cells die between 5 and 7 days of ex vivo culture, corresponding to a developmental stage during which the Schwann cell precursors differentiate into immature Schwann cells. Analysis of available data from transcriptomic studies of the spinal nerves during embryogenesis allowed us to see the importance of cholesterol homeostasis during the transition of Schwann cells from the precursor to the immature stage. In fact, while the expression of myelin genes and oxysterol synthesis enzymes are stimulated, that encoding for ABCA1, involved in the efflux of cholesterol is suppressed. It can therefore be hypothesized that in LXRß-Sc KO animals, Schwann Cell precursors cannot maintain high expression of myelin genes and their differentiation program is interrrupted towards the immature stage. They thus die, unable to control the concentration of cholesterol necessary for the establishment of the myelin sheath. All of these results are presented in the manuscript, along with a discussion dealing with future lines of research inspired by these data

Rôle du Liver X Récepteur ß dans le développement et la myélinisation du système nerveux périphérique

LXR (Liver X Receptor) Alpha and Beta are nuclear receptors activated by binding to certain oxidized cholesterol derivatives (oxysterols) such as 25-hydroxy-cholesterol, among others. LXRs are known to be involved in many biological processes such as lipid metabolism, cholesterol homeostasis or inflammation. They exert their influences in all the organs of the body, including the central and peripheral nervous system. For many years, my host laboratory has been studying the involvement of these receptors in glial cell physiology and myelination using a murine mutant devoid of the expression of the two LXR isoforms (LXRdKO). The team thus showed a defect in myelination of the sciatic nerve in the absence of LXRs, highlighting their importance in this process. Schwann cell development and myelination are complex processes that rely on a close molecular dialogue between the axon and the Schwann cell. In order to better understand the involvement of LXRß, the major isoform in the nervous system, in the physiology of this cell, we have created a murine mutant in which LXRß is specifically invalidated in Schwann cell precursors (LXRß-ScKO ). This mutant was obtained by crossing animals containing floxed alleles of LXRß with mice expressing the genetic recombination enzyme Cre under the control of the Dhh promoter (Desert Hedgehog), specifically expressed by the precursors of Schwann cells during embryonic development from stage E12.5 (embryonic day 12.5). Interestingly, we have shown a quasi-total absence of Schwann cells in the sciatic nerves of newborn mutants carrying the homozygous deletion of LXRß. This absence is accompanied by a profound reorganization of the cellular architecture of the nerve which appears translucent even in adulthood. Deprived of myelinating cells, the developing nerve was colonized by perineurial cells in the endoneurial space and which then formed nerve fascicles made up of aggregates of axons with considerably increased diameters. In order to determine the exact time windowwhen Schwann cells disappeared in our mutant model, we developed a primary culture of Dorsal Root ganglion explants (DRGs) which recapitulate the majority of embryonic events necessary for myelination. We have thus determined that the Schwann cells die between 5 and 7 days of ex vivo culture, corresponding to a developmental stage during which the Schwann cell precursors differentiate into immature Schwann cells. Analysis of available data from transcriptomic studies of the spinal nerves during embryogenesis allowed us to see the importance of cholesterol homeostasis during the transition of Schwann cells from the precursor to the immature stage. In fact, while the expression of myelin genes and oxysterol synthesis enzymes are stimulated, that encoding for ABCA1, involved in the efflux of cholesterol is suppressed. It can therefore be hypothesized that in LXRß-Sc KO animals, Schwann Cell precursors cannot maintain high expression of myelin genes and their differentiation program is interrrupted towards the immature stage. They thus die, unable to control the concentration of cholesterol necessary for the establishment of the myelin sheath. All of these results are presented in the manuscript, along with a discussion dealing with future lines of research inspired by these data.Les LXR (Liver X Receptor) ' et ß sont des récepteurs nucléaires activés par la liaison à certains dérivés oxydés du cholestérol (oxystérols) comme le 25-hydroxy-cholestérol, entre autres. Les LXR sont connus pour intervenir dans de nombreux processus biologiques tels que le métabolisme des lipides, l'homéostasie du cholestérol ou l'inflammation. Ils exercent leurs influences dans tous les organes du corps, y compris le sytème nerveux, central et périphérique. Mon laboratoire d'accueil étudie depuis des années l'implication de ces récepteurs dans la physiologie des cellules gliales et la myélinisation au moyen d'un mutant murin dénué de l'expression des deux isoformes du récepteur aux oxystérols (LXRdKO). L'équipe a ainsi montré un défaut de myélinisation du nerf sciatique en l'absence des LXR, suggérant leur importance dans ce processus. Le développement et la mise en place de la gaine de myéline est un processus complexe qui repose sur un dialogue moléculaire étroit entre l'axone et la cellule de Schwann, cellule gliale myélinisante du système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre l'implication du LXRß dans la physiologie de cette cellule, nous avons crée un mutant murin au sein duquel le LXRß est spécifiquement invalidé dans les précurseurs de cellules de Schwann (LXRß ScKO). Ce mutant fut obtenu en croisant des animaux dont l'allèle du gène de LXRß est floxé avec des souris exprimant l'enzyme de recombinaison génétique Cre sous la dépendance du promoteur Dhh (Desert Hedghog), spécifiquement exprimé par les précurseurs des cellules de Schwann pendant le développement embryonnaire à E12,5 (jour embryonnaire 12,5). De façon tout à fait intéressante, nous avons montré une absence quasi totale de cellules de Schwann dans les nerfs sciatiques des nouveau-nés mutants portant la délétion homozygote de LXRß. Cette absence est accompagnée d'un profond remaniement de l'architecture cellulaire du nerf. Dénué de cellules myélinisantes, le nerf en développement a laissé la place pendant aux cellules périneuriales qui colonisèrent l'espace endoneurial et créèrent des fascicules nerveux constitués d'agrégats d'axones aux diamètres considérablement augmentés. Afin d'étudier quand l'ablation du LXRß dans les précurseurs Schwannien menait à la disparition de la population dans les nerfs périphériques, nous avons mis au point au laboratoire la culture primaire d'explants de ganglions spinaux (DRG) qui récapitule la majorité des évènements embryonnaires nécessaires la myélinisation. Nous avons ainsi déterminé que les précurseurs Schwanniens mourraient entre 5 et 7 jours de culture ex vivo, correspondant à un stade développemental au cours duquel les précurseurs Schwanniens se différencient en cellules de Schwann immatures. L'analyse de données disponibles issues d'études transcriptomiques de la moelle épinière pendant l'embryogenèse nous a permis de constater l'importance de la régulation de l'homéostasie du cholestérol lors de la transition des cellules de Schwann du stade précurseur au stade immature. En effet, alors que l'expression des gènes de la myéline est stimulée, toute comme le gène codant pour la 25-hydroxylase, impliqué dans la synthèse du 25-hydroxy-cholestérol, celui codant pour ABCA1, impliqué dans l'efflux de cholestérol, est lui, réprimé. On peut donc supposer que chez les animaux LXRß-SCP KO, les précurseurs Schwanniens ne peuvent maintenir une forte expression des gènes de la myéline et interrompent leur programme de différenciation vers le stade immature. Ils meurent, incapables de contrôler la concentration en cholestérol nécessaire à la mise en place de la gaine de myéline. L'ensemble de ces résultats est présenté dans le manuscrit, accompagné d'une discussion traitant des futures lignes de recherche inspirées par ces données

Rôle du Liver X Récepteur ß dans le développement et la myélinisation du système nerveux périphérique

LXR (Liver X Receptor) Alpha and Beta are nuclear receptors activated by binding to certain oxidized cholesterol derivatives (oxysterols) such as 25-hydroxy-cholesterol, among others. LXRs are known to be involved in many biological processes such as lipid metabolism, cholesterol homeostasis or inflammation. They exert their influences in all the organs of the body, including the central and peripheral nervous system. For many years, my host laboratory has been studying the involvement of these receptors in glial cell physiology and myelination using a murine mutant devoid of the expression of the two LXR isoforms (LXRdKO). The team thus showed a defect in myelination of the sciatic nerve in the absence of LXRs, highlighting their importance in this process. Schwann cell development and myelination are complex processes that rely on a close molecular dialogue between the axon and the Schwann cell. In order to better understand the involvement of LXRß, the major isoform in the nervous system, in the physiology of this cell, we have created a murine mutant in which LXRß is specifically invalidated in Schwann cell precursors (LXRß-ScKO ). This mutant was obtained by crossing animals containing floxed alleles of LXRß with mice expressing the genetic recombination enzyme Cre under the control of the Dhh promoter (Desert Hedgehog), specifically expressed by the precursors of Schwann cells during embryonic development from stage E12.5 (embryonic day 12.5). Interestingly, we have shown a quasi-total absence of Schwann cells in the sciatic nerves of newborn mutants carrying the homozygous deletion of LXRß. This absence is accompanied by a profound reorganization of the cellular architecture of the nerve which appears translucent even in adulthood. Deprived of myelinating cells, the developing nerve was colonized by perineurial cells in the endoneurial space and which then formed nerve fascicles made up of aggregates of axons with considerably increased diameters. In order to determine the exact time windowwhen Schwann cells disappeared in our mutant model, we developed a primary culture of Dorsal Root ganglion explants (DRGs) which recapitulate the majority of embryonic events necessary for myelination. We have thus determined that the Schwann cells die between 5 and 7 days of ex vivo culture, corresponding to a developmental stage during which the Schwann cell precursors differentiate into immature Schwann cells. Analysis of available data from transcriptomic studies of the spinal nerves during embryogenesis allowed us to see the importance of cholesterol homeostasis during the transition of Schwann cells from the precursor to the immature stage. In fact, while the expression of myelin genes and oxysterol synthesis enzymes are stimulated, that encoding for ABCA1, involved in the efflux of cholesterol is suppressed. It can therefore be hypothesized that in LXRß-Sc KO animals, Schwann Cell precursors cannot maintain high expression of myelin genes and their differentiation program is interrrupted towards the immature stage. They thus die, unable to control the concentration of cholesterol necessary for the establishment of the myelin sheath. All of these results are presented in the manuscript, along with a discussion dealing with future lines of research inspired by these data.Les LXR (Liver X Receptor) ' et ß sont des récepteurs nucléaires activés par la liaison à certains dérivés oxydés du cholestérol (oxystérols) comme le 25-hydroxy-cholestérol, entre autres. Les LXR sont connus pour intervenir dans de nombreux processus biologiques tels que le métabolisme des lipides, l'homéostasie du cholestérol ou l'inflammation. Ils exercent leurs influences dans tous les organes du corps, y compris le sytème nerveux, central et périphérique. Mon laboratoire d'accueil étudie depuis des années l'implication de ces récepteurs dans la physiologie des cellules gliales et la myélinisation au moyen d'un mutant murin dénué de l'expression des deux isoformes du récepteur aux oxystérols (LXRdKO). L'équipe a ainsi montré un défaut de myélinisation du nerf sciatique en l'absence des LXR, suggérant leur importance dans ce processus. Le développement et la mise en place de la gaine de myéline est un processus complexe qui repose sur un dialogue moléculaire étroit entre l'axone et la cellule de Schwann, cellule gliale myélinisante du système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre l'implication du LXRß dans la physiologie de cette cellule, nous avons crée un mutant murin au sein duquel le LXRß est spécifiquement invalidé dans les précurseurs de cellules de Schwann (LXRß ScKO). Ce mutant fut obtenu en croisant des animaux dont l'allèle du gène de LXRß est floxé avec des souris exprimant l'enzyme de recombinaison génétique Cre sous la dépendance du promoteur Dhh (Desert Hedghog), spécifiquement exprimé par les précurseurs des cellules de Schwann pendant le développement embryonnaire à E12,5 (jour embryonnaire 12,5). De façon tout à fait intéressante, nous avons montré une absence quasi totale de cellules de Schwann dans les nerfs sciatiques des nouveau-nés mutants portant la délétion homozygote de LXRß. Cette absence est accompagnée d'un profond remaniement de l'architecture cellulaire du nerf. Dénué de cellules myélinisantes, le nerf en développement a laissé la place pendant aux cellules périneuriales qui colonisèrent l'espace endoneurial et créèrent des fascicules nerveux constitués d'agrégats d'axones aux diamètres considérablement augmentés. Afin d'étudier quand l'ablation du LXRß dans les précurseurs Schwannien menait à la disparition de la population dans les nerfs périphériques, nous avons mis au point au laboratoire la culture primaire d'explants de ganglions spinaux (DRG) qui récapitule la majorité des évènements embryonnaires nécessaires la myélinisation. Nous avons ainsi déterminé que les précurseurs Schwanniens mourraient entre 5 et 7 jours de culture ex vivo, correspondant à un stade développemental au cours duquel les précurseurs Schwanniens se différencient en cellules de Schwann immatures. L'analyse de données disponibles issues d'études transcriptomiques de la moelle épinière pendant l'embryogenèse nous a permis de constater l'importance de la régulation de l'homéostasie du cholestérol lors de la transition des cellules de Schwann du stade précurseur au stade immature. En effet, alors que l'expression des gènes de la myéline est stimulée, toute comme le gène codant pour la 25-hydroxylase, impliqué dans la synthèse du 25-hydroxy-cholestérol, celui codant pour ABCA1, impliqué dans l'efflux de cholestérol, est lui, réprimé. On peut donc supposer que chez les animaux LXRß-SCP KO, les précurseurs Schwanniens ne peuvent maintenir une forte expression des gènes de la myéline et interrompent leur programme de différenciation vers le stade immature. Ils meurent, incapables de contrôler la concentration en cholestérol nécessaire à la mise en place de la gaine de myéline. L'ensemble de ces résultats est présenté dans le manuscrit, accompagné d'une discussion traitant des futures lignes de recherche inspirées par ces données

Optimal use of statistical methods to validate reference gene stability in longitudinal studies

International audienceMultiple statistical approaches have been proposed to validate reference genes in qPCR assays. However, conflicting results from these statistical methods pose a major hurdle in the choice of the best reference genes. Recent studies have proposed the use of at least three different methods but there is no consensus on how to interpret conflicting results. Researchers resort to averaging the stability ranks assessed by different approaches or attributing a weighted rank to candidate genes. However, we report here that the suitability of these validation methods can be influenced by the experimental setting. Therefore, averaging the ranks can lead to suboptimal assessment of stable reference genes if the method used is not suitable for analysis. As the respective approaches of these statistical methods are different, a clear understanding of the fundamental assumptions and the parameters that influence the calculation of reference gene stability is necessary. In this study, the stability of 10 candidate reference genes (Actb, Gapdh, Tbp, Sdha, Pgk1, Ppia, Rpl13a, Hsp60, Mrpl10, Rps26) was assessed using four common statistical approaches (GeNorm, NormFinder, Coefficient of Variation or CV analysis and Pairwise ΔCt method) in a longitudinal experimental setting. We used the development of the cerebellum and the spinal cord of mice as a model to assess the suitability of these statistical methods for reference gene validation. GeNorm and the Pairwise ΔCt were found to be ill suited due to a fundamental assumption in their stability calculations. Highly correlated genes were given better stability ranks despite significant overall variation. NormFinder fares better but the presence of highly variable genes influences the ranking of all genes because of the algorithm's construct. CV analysis estimates overall variation, but it fails to consider variation across groups. We thus highlight the assumptions and potential pitfalls of each method using our longitudinal data. Based on our results, we have devised a workflow combining NormFinder, CV analysis along with visual representation of mRNA fold changes and one-way ANOVA for validating reference genes in longitudinal studies. This workflow proves to be more robust than any of these methods used individually

RNA-Seq is not required to determine stable reference genes for qPCR normalization

Assessment of differential gene expression by qPCR is heavily influenced by the choice of reference genes. Although numerous statistical approaches have been proposed to determine the best reference genes, they can give rise to conflicting results depending on experimental conditions. Hence, recent studies propose the use of RNA-Seq to identify stable genes followed by the application of different statistical approaches to determine the best set of reference genes for qPCR data normalization. In this study, however, we demonstrate that the statistical approach to determine the best reference genes from commonly used conventional candidates is more important than the preselection of ‘stable’ candidates from RNA-Seq data. Using a qPCR data normalization workflow that we have previously established; we show that qPCR data normalization using conventional reference genes render the same results as stable reference genes selected from RNA-Seq data. We validated these observations in two distinct cross-sectional experimental conditions involving human iPSC derived microglial cells and mouse sciatic nerves. These results taken together show that given a robust statistical approach for reference gene selection, stable genes selected from RNA-Seq data do not offer any significant advantage over commonly used reference genes for normalizing qPCR assays

Adipo-glial signaling mediates metabolic adaptation in peripheral nerve regeneration.

The peripheral nervous system harbors a remarkable potential to regenerate after acute nerve trauma. Full functional recovery, however, is rare and critically depends on peripheral nerve Schwann cells that orchestrate breakdown and resynthesis of myelin and, at the same time, support axonal regrowth. How Schwann cells meet the high metabolic demand required for nerve repair remains poorly understood. We here report that nerve injury induces adipocyte to glial signaling and identify the adipokine leptin as an upstream regulator of glial metabolic adaptation in regeneration. Signal integration by leptin receptors in Schwann cells ensures efficient peripheral nerve repair by adjusting injury-specific catabolic processes in regenerating nerves, including myelin autophagy and mitochondrial respiration. Our findings propose a model according to which acute nerve injury triggers a therapeutically targetable intercellular crosstalk that modulates glial metabolism to provide sufficient energy for successful nerve repair