Mice prenatally exposed to valproic acid do not show autism-related disorders when fed with polyunsaturated fatty acid-enriched diets

AbstractDietary supplementations with n-3 polyunsaturated fatty acid (PUFA) have been explored in autism spectrum disorder (ASD) but their efficiency and potential in ameliorating cardinal symptoms of the disease remain elusive. Here, we compared a n-3 long-chain (LC) PUFA dietary supplementation (n-3 supp) obtained from fatty fish with a n-3 PUFA precursor diet (n-3 bal) obtained from plant oils in the valproic acid (VPA, 450 mg/kg at E12.5) ASD mouse model starting from embryonic life, throughout lactation and until adulthood. Maternal and offspring behaviors were investigated as well as several VPA-induced ASD biological features: cerebellar Purkinje cell (PC) number, inflammatory markers, gut microbiota, and peripheral and brain PUFA composition. Developmental milestones were delayed in the n-3 supp group compared to the n-3 bal group in both sexes. Whatever the diet, VPA-exposed offspring did not show ASD characteristic alterations in social behavior, stereotypies, PC number, or gut microbiota dysbiosis while global activity, gait, peripheral and brain PUFA levels as well as cerebellar TNF-alpha levels were differentially altered by diet and treatment according to sex. The current study provides evidence of beneficial effects of n-3 PUFA based diets, including one without LCPUFAs, on preventing several behavioral and cellular symptoms related to ASD

Altérations comportementales et striatales au cours du vieillissement dans deux modèles murins de troubles du spectre autistique

Autism spectrum disorders are neurodevelopmental disorders affecting one person in 160 around the world. They are characterized by communication and social impairments, associated with a restricted pattern of interests and behaviors. Alterations in GABA levels have been highlighted in patients with autism spectrum disorders (ASD), but mechanisms underlying these alterations remain unclear. One of the key structure in ASD physiopathology is the striatum, as it is involved in motor, associative and cognitive functions, all three altered in ASD. In this thesis work, two transgenic mouse models of ASD have been used (Shank3∆C/∆C and Cntnap2-/-) as they display a strong face validity. Indeed, both mutations are found in syndromic and non-syndromic ASD patients. This PhD thesis are about the evolution of ASD motor symptoms with aging as well as the evolution of related striatal alterations, in three experimental groups: 10weeks, 20weeks, 40weeks, with both males and females. Results exposed here show the presence of motor stereotypies at different stages, worsening with aging. Patch-clamp recordings of DLS MSNs show dysfunctions in GABAergic transmission, evolving with aging. To go further, we examined the neuronal morphology as well as the functionality of PV interneurons, which are the main source of GABA onto the MSNs, with an optogenetic approach. Finally, a chemogenetic approach allowed us to study the phenotypic restoration in ASD mice models. The work presented here allow to characterize striatal dysfunctions in our models, and to establish a timeline for their evolution.Les troubles du spectre autistique sont un ensemble de troubles neurodéveloppementaux affectant 1 personne sur 160 dans le monde et se traduisant par des troubles sociaux et de communication, ainsi qu’un ensemble restreint d’intérêts et de comportements. Des altérations dans les niveaux de GABA ont été mises en évidences chez les patients atteints de troubles du spectre autistique (TSA) depuis plusieurs décennies déjà, mais les mécanismes qui sous-tendent ces altérations ne sont pas clairement définis à ce jour. L’une des structures impliquée dans la physiopathologie des TSA est le striatum, qui est impliqué dans des fonctions motrices, associatives et cognitives, toutes trois altérées dans les TSA. Dans les travaux présentés ici, deux modèles murins transgéniques de TSA ont été utilisés (Shank3∆C/∆C et Cntnap2-/-) en raison de leur forte validité conceptuelle, ces mutations étant identifiées dans des formes syndromiques et non-syndromiques de TSA chez l’Homme.Les travaux présentés ici portent sur l’évolution des symptômes autistiques moteurs avec l’âge et des altérations striatales dans des groupes expérimentaux composés de souris âgées de 10 semaines, 20 semaines et 40 semaines, mâles et femelles, dans ces deux modèles murins transgéniques de TSA. Les résultats présentés ici montrent la présence de stéréotypies motrices aux différents âges, s’aggravant avec l’âge. L’enregistrement électrophysiologique des neurones de projection (MSN) du striatum dorsolatéral montre des dysfonctions dans la transmission GABAergique évoluant avec l’âge. Afin d’étudier les possibles causes de ces altérations fonctionnelles, la morphologie de ces neurones a été évaluée d’une part afin de déterminer l’impact du vieillissement sur celle-ci dans les deux modèles. D’autre part, l’étude des interneurones parvalbumine (PV), principale source de GABA sur les neurones de projection a été réalisée par électrophysiologie ex-vivo, incluant une approche optogénétique pour mesurer la communication PV-MSN. Enfin, une approche chimiogénétique a permis d’étudier la restauration d’un phénotype typique chez les souris TSA. Les travaux présentés ici permettent donc de caractériser les dysfonctions striatales dans les deux modèles utilisés, ainsi que d’établir une chronologie de leur apparition et de leur mise en place

Altérations comportementales et striatales au cours du vieillissement dans deux modèles murins de troubles du spectre autistique

Autism spectrum disorders are neurodevelopmental disorders affecting one person in 160 around the world. They are characterized by communication and social impairments, associated with a restricted pattern of interests and behaviors. Alterations in GABA levels have been highlighted in patients with autism spectrum disorders (ASD), but mechanisms underlying these alterations remain unclear. One of the key structure in ASD physiopathology is the striatum, as it is involved in motor, associative and cognitive functions, all three altered in ASD. In this thesis work, two transgenic mouse models of ASD have been used (Shank3∆C/∆C and Cntnap2-/-) as they display a strong face validity. Indeed, both mutations are found in syndromic and non-syndromic ASD patients. This PhD thesis are about the evolution of ASD motor symptoms with aging as well as the evolution of related striatal alterations, in three experimental groups: 10weeks, 20weeks, 40weeks, with both males and females. Results exposed here show the presence of motor stereotypies at different stages, worsening with aging. Patch-clamp recordings of DLS MSNs show dysfunctions in GABAergic transmission, evolving with aging. To go further, we examined the neuronal morphology as well as the functionality of PV interneurons, which are the main source of GABA onto the MSNs, with an optogenetic approach. Finally, a chemogenetic approach allowed us to study the phenotypic restoration in ASD mice models. The work presented here allow to characterize striatal dysfunctions in our models, and to establish a timeline for their evolution.Les troubles du spectre autistique sont un ensemble de troubles neurodéveloppementaux affectant 1 personne sur 160 dans le monde et se traduisant par des troubles sociaux et de communication, ainsi qu’un ensemble restreint d’intérêts et de comportements. Des altérations dans les niveaux de GABA ont été mises en évidences chez les patients atteints de troubles du spectre autistique (TSA) depuis plusieurs décennies déjà, mais les mécanismes qui sous-tendent ces altérations ne sont pas clairement définis à ce jour. L’une des structures impliquée dans la physiopathologie des TSA est le striatum, qui est impliqué dans des fonctions motrices, associatives et cognitives, toutes trois altérées dans les TSA. Dans les travaux présentés ici, deux modèles murins transgéniques de TSA ont été utilisés (Shank3∆C/∆C et Cntnap2-/-) en raison de leur forte validité conceptuelle, ces mutations étant identifiées dans des formes syndromiques et non-syndromiques de TSA chez l’Homme.Les travaux présentés ici portent sur l’évolution des symptômes autistiques moteurs avec l’âge et des altérations striatales dans des groupes expérimentaux composés de souris âgées de 10 semaines, 20 semaines et 40 semaines, mâles et femelles, dans ces deux modèles murins transgéniques de TSA. Les résultats présentés ici montrent la présence de stéréotypies motrices aux différents âges, s’aggravant avec l’âge. L’enregistrement électrophysiologique des neurones de projection (MSN) du striatum dorsolatéral montre des dysfonctions dans la transmission GABAergique évoluant avec l’âge. Afin d’étudier les possibles causes de ces altérations fonctionnelles, la morphologie de ces neurones a été évaluée d’une part afin de déterminer l’impact du vieillissement sur celle-ci dans les deux modèles. D’autre part, l’étude des interneurones parvalbumine (PV), principale source de GABA sur les neurones de projection a été réalisée par électrophysiologie ex-vivo, incluant une approche optogénétique pour mesurer la communication PV-MSN. Enfin, une approche chimiogénétique a permis d’étudier la restauration d’un phénotype typique chez les souris TSA. Les travaux présentés ici permettent donc de caractériser les dysfonctions striatales dans les deux modèles utilisés, ainsi que d’établir une chronologie de leur apparition et de leur mise en place

Behavioral and striatal alterations with aging in two mouse models of autism spectrum disorders

Les troubles du spectre autistique sont un ensemble de troubles neurodéveloppementaux affectant 1 personne sur 160 dans le monde et se traduisant par des troubles sociaux et de communication, ainsi qu’un ensemble restreint d’intérêts et de comportements. Des altérations dans les niveaux de GABA ont été mises en évidences chez les patients atteints de troubles du spectre autistique (TSA) depuis plusieurs décennies déjà, mais les mécanismes qui sous-tendent ces altérations ne sont pas clairement définis à ce jour. L’une des structures impliquée dans la physiopathologie des TSA est le striatum, qui est impliqué dans des fonctions motrices, associatives et cognitives, toutes trois altérées dans les TSA. Dans les travaux présentés ici, deux modèles murins transgéniques de TSA ont été utilisés (Shank3∆C/∆C et Cntnap2-/-) en raison de leur forte validité conceptuelle, ces mutations étant identifiées dans des formes syndromiques et non-syndromiques de TSA chez l’Homme.Les travaux présentés ici portent sur l’évolution des symptômes autistiques moteurs avec l’âge et des altérations striatales dans des groupes expérimentaux composés de souris âgées de 10 semaines, 20 semaines et 40 semaines, mâles et femelles, dans ces deux modèles murins transgéniques de TSA. Les résultats présentés ici montrent la présence de stéréotypies motrices aux différents âges, s’aggravant avec l’âge. L’enregistrement électrophysiologique des neurones de projection (MSN) du striatum dorsolatéral montre des dysfonctions dans la transmission GABAergique évoluant avec l’âge. Afin d’étudier les possibles causes de ces altérations fonctionnelles, la morphologie de ces neurones a été évaluée d’une part afin de déterminer l’impact du vieillissement sur celle-ci dans les deux modèles. D’autre part, l’étude des interneurones parvalbumine (PV), principale source de GABA sur les neurones de projection a été réalisée par électrophysiologie ex-vivo, incluant une approche optogénétique pour mesurer la communication PV-MSN. Enfin, une approche chimiogénétique a permis d’étudier la restauration d’un phénotype typique chez les souris TSA. Les travaux présentés ici permettent donc de caractériser les dysfonctions striatales dans les deux modèles utilisés, ainsi que d’établir une chronologie de leur apparition et de leur mise en place.Autism spectrum disorders are neurodevelopmental disorders affecting one person in 160 around the world. They are characterized by communication and social impairments, associated with a restricted pattern of interests and behaviors. Alterations in GABA levels have been highlighted in patients with autism spectrum disorders (ASD), but mechanisms underlying these alterations remain unclear. One of the key structure in ASD physiopathology is the striatum, as it is involved in motor, associative and cognitive functions, all three altered in ASD. In this thesis work, two transgenic mouse models of ASD have been used (Shank3∆C/∆C and Cntnap2-/-) as they display a strong face validity. Indeed, both mutations are found in syndromic and non-syndromic ASD patients. This PhD thesis are about the evolution of ASD motor symptoms with aging as well as the evolution of related striatal alterations, in three experimental groups: 10weeks, 20weeks, 40weeks, with both males and females. Results exposed here show the presence of motor stereotypies at different stages, worsening with aging. Patch-clamp recordings of DLS MSNs show dysfunctions in GABAergic transmission, evolving with aging. To go further, we examined the neuronal morphology as well as the functionality of PV interneurons, which are the main source of GABA onto the MSNs, with an optogenetic approach. Finally, a chemogenetic approach allowed us to study the phenotypic restoration in ASD mice models. The work presented here allow to characterize striatal dysfunctions in our models, and to establish a timeline for their evolution

Cerebellar and Striatal Implications in Autism Spectrum Disorders: From Clinical Observations to Animal Models

Autism spectrum disorders (ASD) are complex conditions that stem from a combination of genetic, epigenetic and environmental influences during early pre- and postnatal childhood. The review focuses on the cerebellum and the striatum, two structures involved in motor, sensory, cognitive and social functions altered in ASD. We summarize clinical and fundamental studies highlighting the importance of these two structures in ASD. We further discuss the relation between cellular and molecular alterations with the observed behavior at the social, cognitive, motor and gait levels. Functional correlates regarding neuronal activity are also detailed wherever possible, and sexual dimorphism is explored pointing to the need to apprehend ASD in both sexes, as findings can be dramatically different at both quantitative and qualitative levels. The review focuses also on a set of three recent papers from our laboratory where we explored motor and gait function in various genetic and environmental ASD animal models. We report that motor and gait behaviors can constitute an early and quantitative window to the disease, as they often correlate with the severity of social impairments and loss of cerebellar Purkinje cells. The review ends with suggestions as to the main obstacles that need to be surpassed before an appropriate management of the disease can be proposed

Major motor and gait deficits with sexual dimorphism in a Shank3 mutant mouse model

International audienceBackground: Contrasting findings were reported in several animal models with a Shank3 mutation used to induce various autism spectrum disorder (ASD) symptoms. Here, we aimed at investigating behavioral, cellular, and molecular consequences of a C-terminal (frameshift in exon 21) deletion in Shank3 protein in mice, a mutation that is also found in clinical conditions and which results in loss of major isoforms of Shank3. A special focus was made on cerebellar related parameters. Methods: All three genotypes were analyzed [wild type (WT), heterozygote (Shank3+/ΔC) and homozygote (Shank3 ΔC/ΔC)] and males and females were separated into two distinct groups. Motor and social behavior, gait, Purkinje cells (PC) and glutamatergic protein levels were determined. Behavioral and cellular procedures used here were previously validated using two environmental animal models of ASD. ANOVA and post-hoc analysis were used for statistical analysis. Results: Shank3 ΔC/ΔC mice showed significant impairments in social novelty preference, stereotyped behavior and gait. These were accompanied by a decreased number of PC in restricted cerebellar sub-regions and decreased cerebellar expression of mGluR5. Females Shank3 ΔC/ΔC were less affected by the mutation than males. Shank3+/ΔC mice showed impairments only in social novelty preference, grooming, and decreased mGluR5 expression and that were to a much lesser extent than in Shank3 ΔC/ΔC mice. Limitations: As Shank3 mutation is a haploinsufficiency, it is of interest to emphasize that Shank3+/ΔC mice showed only mild to no deficiencies compared to Shank3 ΔC/ΔC. Conclusions: Our findings indicate that several behavioral, cellular, and molecular parameters are affected in this animal model. The reported deficits are more pronounced in males than in females. Additionally, male Shank3 ΔC/ΔC mice show more pronounced alterations than Shank3+/ΔC. Together with our previous findings in two environmental animal models of ASD, our studies indicate that gait dysfunction constitutes a robust set of motor ASD symptoms that may be considered for implementation in clinical settings as an early and quantitative diagnosis criteria

Rational Design of Original Fused-Cycle Selective Inhibitors of Tryptophan 2,3-Dioxygenase

Tryptophan 2,3-dioxygenase (TDO2) is a heme-containing enzyme constitutively expressed at high concentrations in the liver and responsible for l-tryptophan (l-Trp) homeostasis. Expression of TDO2 in cancer cells results in the inhibition of immune-mediated tumor rejection due to an enhancement of l-Trp catabolism via the kynurenine pathway. In the study herein, we disclose a new 6-(1H-indol-3-yl)-benzotriazole scaffold of TDO2 inhibitors developed through rational design, starting from existing inhibitors. Rigidification of the initial scaffold led to the synthesis of stable compounds displaying a nanomolar cellular potency and a better understanding of the structural modulations that can be accommodated inside the active site of hTDO2