Investigating potentially salvageable penumbra tissue in an in vivo model of transient ischemic stroke using sodium, diffusion, and perfusion magnetic resonance imaging

Background: Diffusion magnetic resonance imaging (MRI) is the current-state-of-the-art technique to clinically investigate acute (0–24 h) ischemic stroke tissue. However, reduced apparent diffusion coefficient (ADC)—considered a marker of tissue damage—was observed to reverse spontaneously during the subacute stroke phase (24–72 h) which means that low ADC cannot be used to reflect the damaged tissue after 24 h in experimental and clinical studies. One reason for the change in ADC is that ADC values drop with cytotoxic edema (acute phase) and rise when vasogenic edema begins (subacute phase). Recently, combined 1H- and 23Na-MRI was proposed as a more accurate approach to improve delineation between reversible (penumbra) and irreversible ischemic injury (core). The aim of this study was to investigate the effects of reperfusion on the ADC and the sodium MRI signal after experimental ischemic stroke in rats in well-defined areas of different viability levels of the cerebral lesion, i.e. core and penumbra as defined via perfusion and histology. Transient middle cerebral artery occlusion was induced in male rats by using the intraluminal filament technique. MRI sodium, perfusion and diffusion measurement was recorded before reperfusion, shortly after reperfusion and 24 h after reperfusion. The animals were reperfused after 90 min of ischemia. Results: Sodium signal in core did not change before reperfusion, increased after reperfusion while sodium signal in penumbra was significantly reduced before reperfusion, but showed no changes after reperfusion compared to control. The ADC was significantly decreased in core tissue at all three time points compared to contralateral side. This decrease recovered above commonly applied viability thresholds in the core after 24 h. Conclusions: Reduced sodium-MRI signal in conjunction with reduced ADC can serve as a viability marker for penumbra detection and complement hydrogen diffusion- and perfusion-MRI in order to facilitate time-independent assessment of tissue fate and cellular bioenergetics failure in stroke patients

Combined 192 IgG-saporin and 5,7-dihydroxytryptamine lesions in the male rat brain

In a previous experiment [Eur J Neurosci 12 (2000) 79], combined intracerebroventricular injections of 5,7-dihydroxytryptamine (5,7-DHT; 150 microg) and 192 IgG-saporin (2 microg) in female rats produced working memory impairments, which neither single lesion induced. In the present experiment, we report on an identical approach in male rats. Behavioral variables were locomotor activity, T-maze alternation, beam-walking, Morris water-maze (working and reference memory) and radial-maze performances. 192 IgG-saporin reduced cholinergic markers in the frontoparietal cortex and the hippocampus. 5,7-DHT lesions reduced serotonergic markers in the cortex, hippocampus and striatum. Cholinergic lesions induced motor deficits, hyperactivity and reduced T-maze alternation, but had no other effect. Serotonergic lesions only produced hyperactivity and reduced T-maze alternation. Beside the deficits due to cholinergic lesions, rats with combined lesions also showed impaired radial-maze performances. We confirm that 192 IgG-saporin and 5,7-DHT injections can be combined to produce concomitant damage to cholinergic and serotonergic neurons in the brain. In female rats, this technique enabled to show that interactions between serotonergic and basal forebrain cholinergic mechanisms play an important role in cognitive functions. The results of the present experiment in male rats are not as clear-cut, although they are not in obvious contradiction with our previous results in females

Understanding the circadian clock organisation by using three of its ouputs,the melatonin, the corticosterone and the locomotor activity rhythms

Chez les Mammifères, l'horloge située dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), délivre une rythmicité à l'organisme, par des sorties hormonales (sécrétion de mélatonine/corticostérone) et comportementales (activité locomotrice). Nous voulons étudier l'organisation fonctionnelle des SCN, en suivant ces trois rythmes après une application de mélatonine exogène, ou un changement de photopériode.Chez le rat, une injection de mélatonine exogène à la transition jour/nuit induit une augmentation durable de l'amplitude de la sécrétion de mélatonine endogène, mais n affecte pas la sécrétion de corticostérone : les SCN sont donc fonctionnellement subdivisés.Des rats ont été soumis à l'une des trois photopériodes suivantes : 16 h de lumière-8 h d'obscurité (LD 16:8), LD 12:12 et LD 8:16. Le pic de sécrétion de mélatonine est d'autant plus tardif que la durée de la nuit augmente. Il en est de même pour la sécrétion de corticostérone et l'activité locomotrice.Des Arvicanthis (rongeurs diurnes) ont été placés en LD 16:8 ou en LD 8:16. La sécrétion de corticostérone et l'activité locomotrice varient avec la photopériode et présentent deux pics situés aux transitions jour/nuit et nuit/jour.Nous montrons que la sécrétion de corticostérone est une sortie saisonnière de l'horloge  et que l'horloge est affectée globalement par les variations de la photopériode. Les décalages de phase observés sont équivalents pour les trois rythmes.De ces résultats émane un modèle d'organisation fonctionnelle des SCN, qui seraient constitués de deux ensembles de neurones. Le premier serait le mécanisme central de l'horloge, alors que le second ensemble, dépendant du premier, serait constitué de sous-ensembles régissant chacun une sortie de l'horloge. Ainsi, l'application de mélatonine n affecterait que le sous-ensemble contrôlant la sécrétion de mélatonine. La variation de la photopériode agirait sur le premier ensemble et retentirait de façon équivalente, sur plusieurs rythmes.In mammals, the master clock located in the suprachiasmatic nuclei (SCN), delivers rhythmicity to the whole body by hormonal (melatonin/corticosterone secretions) and behavioural outputs (locomotor activity). To study the functional organisation of the SCN, these three rhythms were followed after application of exogeneous melatonin or photoperiod changes.In rats, an injection of exogeneous melatonin at the light/dark transition induced a long-term increase of the amplitude of the endogenous melatonin secretion. This injection did not affect corticosterone secretion. These results show that the SCN are functionally subdivided.Rats were kept to one of the following photoperiods: 16 hrs light-8 hrs dark (LD 16:8), LD 12:12 and LD 8:16. The peak of melatonin secretion appears later when the night duration increases. The same observations were made for corticosterone and locomotor activity profiles.Arvicanthis (diurnal rodents) were kept in LD 16:8 or in LD 8:16. Corticosterone secretion and locomotor activity were both affected by photoperiod, they presented two peaks located at light/dark and in dark/light transitions.In both species, we showed that corticosterone secretion is a seasonal clock output and that the clock is globally affected by variations of photoperiod. The phase shifts observed are the same for the three rhythms.These results allow us to propose a model of the functional organisation of the clock, which could be constituted of two groups of neurons. The first one could be the central mechanism of the clock and the second group, under the control of the first one, could be constituted of sub-groups each one of them controlling a clock output. In this model, application of melatonin at the light/dark transition only affects the sub-group which controls specifically melatonin secretion. Variation of the photoperiod affects the first group inducing similar changes in several outputs of the clock

Comprendre le fonctionnement de l’horloge circadienne par l’étude de trois de ses sorties : les rythmes de sécrétion de mélatonine et de corticostérone, et le rythme d’activité locomotrice

Chez les Mammifères, l’horloge circadienne principale est située dans les noyaux suprachiasmatiques de l’hypothalamus (SCN). Cette horloge délivre une information rythmique à l’ensemble de l’organisme, au travers de nombreuses fonctions hormonales (telles que la sécrétion de mélatonine par la glande pinéale ou la sécrétion de corticostérone par la glande surrénale) et comportementales (telle que l’activité locomotrice). Ces différents rythmes, appelés « sorties » de l’horloge, ont fait l’objet de notre étude pour apprécier le fonctionnement de l’horloge circadienne, en réponse à deux stimulations connues pour l’affecter, à savoir 1) l’application d’une dose pharmacologique de mélatonine à la transition jour/nuit et 2) le changement de la durée de la photopériode. Nous avons utilisé deux rongeurs, l’un nocturne, le Rat, et l’autre diurne, l’Arvicanthis, qui tous deux sécrètent de la corticostérone mesurable par microdialyse intracérébrale. Chez le rat, l’injection sous-cutanée de mélatonine exogène à la transition jour/nuit a induit une augmentation significative de l’amplitude (pratiquement doublée) de la sécrétion de la mélatonine endogène par la glande pinéale et cette augmentation est aussi durable (pendant au moins deux jours après l’injection). Par contre, cette injection de mélatonine exogène n’affecte pas le profil de sécrétion de corticostérone. Ces effets différentiels de la mélatonine exogène montrent qu’elle n’affecte qu’un élément de l’horloge responsable spécifiquement du contrôle de la sécrétion de mélatonine, sans pour cela affecter un autre élément qui lui, serait responsable du contrôle de la sécrétion de corticostérone. Ceci montre clairement l’existence d’une subdivision fonctionnelle de l’horloge. En ce qui concerne le changement de la durée de la photopériode, des rats ont été soumis pendant sept à huit semaines à l’une des trois photopériodes : 16 heures de lumière - 8 heures d’obscurité (LD 16:8), LD 12:12 et LD 8:16 et les profils des trois « sorties » ont alors été mesurés et analysés. Ainsi, par rapport à la transition jour/nuit prise comme référence, le pic nocturne de sécrétion de mélatonine apparaît de plus en plus tardivement lorsque la durée de la nuit augmente. La même observation a été faite pour la sécrétion de corticostérone : en photopériode longue, le pic est situé à la transition jour/nuit, tandis qu’en photopériode courte il apparaît au milieu de la nuit. De la même façon, le pic d’activité locomotrice générale de ces rats se décale aussi de plus en plus vers la fin de la nuit lorsque sa durée augmente. Des Arvicanthis ont également été placés pendant sept à huit semaines, en photopériode longue (LD 16:8) ou courte (LD 8:16). Chez ces animaux, les profils de sécrétion de corticostérone présentent deux pics situés aux transitions jour/nuit et nuit/jour pour les deux photopériodes testées. Placés ensuite dans une cage équipée d’une roue, les animaux ont présenté une activité locomotrice avec deux pics situés à ces mêmes transitions. Ainsi, chez l’Arvicanthis comme chez le rat, la sécrétion de corticostérone varie en fonction de la photopériode. Cette sécrétion endocrine peut donc être considérée, au même titre que la mélatonine, comme une sortie saisonnière de l’horloge. De plus, chez ces deux espèces, les décalages de phases observés avec les changements de photopériode sont identiques pour les trois sorties de l’horloge étudiées, montrant ainsi que l’horloge est affectée de façon globale par les variations photopériodiques. L’application de mélatonine exogène à la transition jour/nuit a un effet spécifique sur la sécrétion de mélatonine endogène. Le changement de photopériode montre un effet plus global sur l’horloge et cet effet retentit de façon équivalente sur au moins trois de ses sorties. Ces différents résultats nous ont permis de proposer un nouveau modèle de l’organisation fonctionnelle de l’horloge, laquelle serait constituée de deux ensembles de neurones. Le premier ensemble représenterait le mécanisme central de l’horloge, alors que le second ensemble contrôlé par le premier, serait lui-même constitué de sous-ensembles pouvant régir chacun une sortie de l’horloge. Dans ce modèle, l’application de mélatonine à la transition jour/nuit n’affecte que le sous-ensemble responsable de la sécrétion de mélatonine. Par contre, la variation de la photopériode affecte le premier ensemble et retentit donc, de façon équivalente, sur plusieurs sorties de l’horloge

Understanding the circadian clock organisation by using three of its ouputs,the melatonin, the corticosterone and the locomotor activity rhythms

Chez les Mammifères, l'horloge située dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), délivre une rythmicité à l'organisme, par des sorties hormonales (sécrétion de mélatonine/corticostérone) et comportementales (activité locomotrice). Nous voulons étudier l'orIn mammals, the master clock located in the suprachiasmatic nuclei (SCN), delivers rhythmicity to the whole body by hormonal (melatonin/corticosterone secretions) and behavioural outputs (locomotor activity). To study the functional organisation of the S

Comprendre le fonctionnement de l'horloge circadienne par l'étude de trois de ses sorties (les rythmes de sécrétion de mélatonine et de corticostérone, et le rythme d'activité locomotrice)

Chez les Mammifères, l horloge située dans les noyaux suprachiasmatiques (SCN), délivre une rythmicité à l organisme, par des sorties hormonales (sécrétion de mélatonine/corticostérone) et comportementales (activité locomotrice). Nous voulons étudier l organisation fonctionnelle des SCN, en suivant ces trois rythmes après une application de mélatonine exogène, ou un changement de photopériode.Chez le rat, une injection de mélatonine exogène à la transition jour/nuit induit une augmentation durable de l amplitude de la sécrétion de mélatonine endogène, mais n affecte pas la sécrétion de corticostérone: les SCN sont donc fonctionnellement subdivisés.Des rats ont été soumis à l une des trois photopériodes suivantes: 16h de lumière-8h d obscurité (LD 16:8), LD 12:12 et LD 8:16. Le pic de sécrétion de mélatonine est d autant plus tardif que la durée de la nuit augmente. Il en est de même pour la sécrétion de corticostérone et l activité locomotrice.Des Arvicanthis (rongeurs diurnes) ont été placés en LD 16:8 ou en LD 8:16. La sécrétion de corticostérone et l activité locomotrice varient avec la photopériode et présentent deux pics situés aux transitions jour/nuit et nuit/jour.Nous montrons que la sécrétion de corticostérone est une sortie saisonnière de l horloge et que l horloge est affectée globalement par les variations de la photopériode. Les décalages de phase observés sont équivalents pour les trois rythmes.De ces résultats émane un modèle d organisation fonctionnelle des SCN, qui seraient constitués de deux ensembles de neurones. Le premier serait le mécanisme central de l horloge, alors que le second ensemble, dépendant du premier, serait constitué de sous-ensembles régissant chacun une sortie de l horloge. Ainsi, l application de mélatonine n affecterait que le sous-ensemble contrôlant la sécrétion de mélatonine. La variation de la photopériode agirait sur le premier ensemble et retentirait de façon équivalente, sur plusieurs rythmes.In mammals, the master clock located in the suprachiasmatic nuclei (SCN), delivers rhythmicity to the whole body by hormonal (melatonin/corticosterone secretions) and behavioural outputs (locomotor activity). To study the functional organisation of the SCN, these three rhythms were followed after application of exogeneous melatonin or photoperiod changes.In rats, an injection of exogeneous melatonin at the light/dark transition induced a long-term increase of the amplitude of the endogenous melatonin secretion. This injection did not affect corticosterone secretion. These results show that the SCN are functionally subdivided.Rats were kept to one of the following photoperiods: 16hrs light-8hrs dark (LD 16:8), LD 12:12 and LD 8:16. The peak of melatonin secretion appears later when the night duration increases. The same observations were made for corticosterone and locomotor activity profiles.Arvicanthis (diurnal rodents) were kept in LD 16:8 or in LD 8:16. Corticosterone secretion and locomotor activity were both affected by photoperiod, they presented two peaks located at light/dark and in dark/light transitions.In both species, we showed that corticosterone secretion is a seasonal clock output and that the clock is globally affected by variations of photoperiod. The phase shifts observed are the same for the three rhythms.These results allow us to propose a model of the functional organisation of the clock, which could be constituted of two groups of neurons. The first one could be the central mechanism of the clock and the second group, under the control of the first one, could be constituted of sub-groups each one of them controlling a clock output. In this model, application of melatonin at the light/dark transition only affects the sub-group which controls specifically melatonin secretion. Variation of the photoperiod affects the first group inducing similar changes in several outputs of the clock.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF

Combined 192 IgG-saporin and 5,7-dihydroxytryptamine lesions in the male rat brain: a neurochemical and behavioral study. Pharmacol Biochem Behav 72: 899–912

Abstract In a previous experiment [Eur J Neurosci 12 (2000) 79], combined intracerebroventricular injections of 5,7-dihydroxytryptamine (5,7-DHT; 150 mg) and 192 IgG-saporin (2 mg) in female rats produced working memory impairments, which neither single lesion induced. In the present experiment, we report on an identical approach in male rats. Behavioral variables were locomotor activity, T-maze alternation, beamwalking, Morris water-maze (working and reference memory) and radial-maze performances. 192 IgG-saporin reduced cholinergic markers in the frontoparietal cortex and the hippocampus. 5,7-DHT lesions reduced serotonergic markers in the cortex, hippocampus and striatum. Cholinergic lesions induced motor deficits, hyperactivity and reduced T-maze alternation, but had no other effect. Serotonergic lesions only produced hyperactivity and reduced T-maze alternation. Beside the deficits due to cholinergic lesions, rats with combined lesions also showed impaired radial-maze performances. We confirm that 192 IgG-saporin and 5,7-DHT injections can be combined to produce concomitant damage to cholinergic and serotonergic neurons in the brain. In female rats, this technique enabled to show that interactions between serotonergic and basal forebrain cholinergic mechanisms play an important role in cognitive functions. The results of the present experiment in male rats are not as clear-cut, although they are not in obvious contradiction with our previous results in females.