XXIII brochure-conf - GRSNC

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Résumés
des
conférences
Abstracts
of the
conferences
N.B. Les résumés se suivent dans l’ordre de
présentation du symposium.
N.B. Abstracts are listed by presentation order.
9
Tator, Charles H.
Division of Neurosurgery
University of Toronto and Toronto Western Hospital
399 Bathurst Street, Suite 2-435 McLaughlin Pavilion, Toronto, Ontario, Canada, M5T 2S8
416-603-5889
[email protected]
Clinical trials of pharmacotherapy for
spinal cord injury.
Essais cliniques de pharmacothérapie pour
les lésions de la moelle épinière.
The most reliable information from clinical trials in spinal cord injury (SCI) has been from the
10 randomized prospective control (RPC) trials
in acute SCI. Nine were pharmacotherapy trials,
and one concerned the timing of surgical treatment. Four of the pharmacotherapy trials involved methylprednisolone (MP), two studied
GM-1 ganglioside, and one each examined thyrotropin releasing hormone (TRH), gacyclidine
(NMDA antagonist), and nimodipine (calcium
channel antagonist). There have also been RPC
trials in the chronic stage of SCI with agents such
as 4-amino pyridine. The NASCIS trials of MP
and the second trial with GM-1 were well organized, involved large numbers of patients and
used sophisticated outcome measures and methodology. Most observers believe that MP was
proven to improve function if given within 8
hours of SCI, although the studies have been
challenged on methodological grounds. The positive results with MP indicate that there is a therapeutic time window after trauma during which
treatment can interrupt putative secondary
mechanisms of injury such as ischemia and
glutamate excitotoxicity. Although TRH produced
statistically significant improvement, the trial
involved only a small number of patients. Only
MP has been adopted for clinical use. There is a
need for further, well designed clinical trials of
neuroprotection by pharmacotherapy in acute
SCI. With the possible exception of GM-1, there
have been no trials in SCI of agents to enhance
regeneration.
L'information la plus fiable obtenue des essais
cliniques dans les cas de lésion de la moelle
épinière (LMÉ) a été obtenue lors de 10 études
prospectives contrôlées et randomisées (RPC) de
LMÉ aiguë. Neuf de ces études étaient des essais
de pharmacothérapie et l'autre concernait la
détermination du moment approprié pour des
traitements chirurgicaux. Quatre des études de
pharmacothérapie impliquaient le méthylprednisolone (MP), deux le ganglioside GM-1 et les
trois autres respectivement la thyrotropine
(TRH), la gacyclidine (antagoniste NMDA) et la
nimodipine (antagoniste des canaux calciques).
Des études RPC ont aussi été effectuées au stade
chronique des LMÉ avec des agents comme la 4aminopyridine. Les études NASCIS de MP et la
deuxième étude avec le GM-1 étaient bien
organisées, ont impliqué de grands nombres de
patients et utilisé une méthodologie et des
mesures des résultats sophistiquées. La majorité
des observateurs considère que le MP a été
démontré comme améliorant la fonction lorsque
administré dans les 8 heures suivant la LMÉ,
même si les études ont été critiquées quant à la
méthodologie. Les résultats positifs avec le MP
indiquent qu'il existe une fenêtre thérapeutique
de temps après le traumatisme à l'intérieur de
laquelle le traitement peut interrompre les
mécanismes lésionnels secondaires, tels que
l'ischémie et l'excitotoxicité au glutamate. Même
si la TRH a produit une amélioration
statistiquement significative, les essais n'ont
impliqué qu'un nombre restreint de patients. Seul
le MP a été adopté pour usage clinique. Il y a
donc un besoin pour d'autres études cliniques
bien conçues de neuroprotection par
pharmacothérapie en aigu des LMÉ. Il n'y a eu
aucun essai d'agent visant à augmenter la
régénération dans les LMÉ, sauf peut être avec le
GM-1.
10
Sunday/Dimanche — 08h30
Fehlings, Michael
Department of Neurosurgery
University of Toronto
399 Bathurst St., Toronto, Ontario, Canada, M5T 2S8
416-603-5627
[email protected]
Surgical trials in acute spinal cord injury.
Essais chirurgicaux de traitement en aigu
des lésions de la moelle épinière.
The pathophysiology of spinal cord injury (SCI)
involves a primary insult followed by a series of
secondary injury events (1,4). Compression and
instability represent two key mechanisms of secondary damage after SCI and are surgically treatable (2,3). Early surgery can potentially facilitate
rapid mobilization of the patient with a reduction in medical complications. There is a strong
biological rationale from animal studies to support the role of surgery in acute SCI. Furthermore, solid clinical evidence indicates that early
surgery can be done safely with minimal morbidity. However, although 60% of patients with acute
SCI undergo surgery (3), there are no guidelines
on the timing of this intervention and the clinical evidence that surgery improves neurological
recovery is weak. Randomized controlled trials
are required to clarify these issues. Based on the
available data, appropriate indications for surgery
in SCI include: a) decompression for incomplete
SCI; b) decompression of the cervical cord to
enhance local, segmental nerve root recovery; c)
surgical reconstruction of traumatic deformity or
instability. 1. Agrawal, S. K., and Fehlings, M. G.
1997. J Neurosci 17: 1055-63. 2. Fehlings, M. G.,
and Tator, C. H. 1999. J Neurosurg 91: 1-11. 3.
Tator, C.H. and Fehlings M.G. 1999. J. Neurosurg
91: 12-18. 4. Schumacher, P. A., Eubanks, J. H.,
and Fehlings, M. G. 1999. Neuroscience 91: 73344.
La pathophysiologie des blessures à la moelle
épinière (LMÉ) implique une lésion primaire,
suivie d'une série de processus lésionnels
secondaires (1,4). La compression et l'instabilité
représentent deux mécanismes clés responsables
des dommages secondaires et ils peuvent être
traitées chirurgicalement (2,3). Une chirurgie
précoce pourrait faciliter une mobilisation rapide
du patient avec une diminution des complications médicales. La contribution de la chirurgie
dans le traitement des LMÉ aiguës s'appuie sur
des bases biologiques solides dérivées de
l'expérimentation animale. Les données cliniques
indiquent qu'une chirurgie effectuée tôt peut
être faite de manière sécuritaire, avec un minimum de morbidité. Cependant, même si 60% des
patients avec LMÉ subissent une chirurgie en
aigu (3), il n'existe présentement pas de lignes
directrices sur le moment approprié pour
effectuer cette intervention et les données
cliniques montrant que la chirurgie améliore la
récupération neurologique sont déficientes. Des
études randomisées et contrôlées sont requises
pour clarifier ces points. Selon les données
actuellement disponibles, l'approche chirurgicale
serait appropriée dans les cas suivants : a) la
décompression lors d'une LMÉ incomplète; b) la
décompression de la moelle cervicale pour
augmenter la récupération des racines nerveuses
segmentaires locales; c) reconstruction des
déformations ou correction de l'instabilité
traumatique. 1. Agrawal, S. K., and Fehlings, M.
G. 1997. J Neurosci 17: 1055-63. 2. Fehlings, M.
G., and Tator, C. H. 1999. J Neurosurg 91: 1-11.
3. Tator, C.H. and Fehlings M.G. 1999. J.
Neurosurg 91: 12-18. 4. Schumacher, P. A.,
Eubanks, J. H., and Fehlings, M. G. 1999. Neuroscience 91: 733-44.
11
Quencer, Robert M.
Department of Radiology,
University of Miami/Jackson Memorial Medical Center
1150 NW 14th Street, Miami, Florida, USA, 33136
305-243-4701
[email protected]
Advances in imaging of spinal cord injury :
implications for treatment and patient
evaluation.
Progrès en imagerie des lésions de la
moelle épinière : implications pour le
traitement et l'évaluation des patients.
This presentation will concentrate on the MR imaging of the various stages of spinal cord injury,
namely acute, sub-acute, and chronic stages. In
each stage, correlations between high resolution
images and histopatholgy will be discussed and
illustrated. In the acute stage, this will include
hemorrhagic vs. non-hemorrhagic contusion,
acute displacement of spinal cord tissue from the
epicenter of injury, and the acute lateral compressive syndrome (previously known as the central cord syndrome). In the sub-acute stage, this
will include Wallerian degeneration and the early
development of Schwannosis. In the chronic
stage, this will include the differentiation of cavities and cysts, pericystic fluid collections, and
cord tethering/adhesions with alterations in CSF
flow dynamics. Future directions in assessment
of injured cord tissue will be advances in diffusion weighted imaging (DWI) and apparent diffusion coefficient maps along with the investigation of the chronic pain syndrome in spinal cord
injury.
Cette présentation va se concentrer sur l'imagerie
RM des différents stades de lésion de la moelle
épinière, c'est-à-dire les stades aigu, subaigu et
chronique. Pour chacun de ces stades, la
corrélation entre des images de haute résolution
et l'histopathologie sera discutée et illustrée. Pour
le stade aigu, ceci inclura les contusions
hémorragiques vs. les non-hémorragiques, le
déplacement aigu du tissu de la moelle épinière
à partir de l'épicentre de la lésion, et le syndrome
de compression latérale aiguë (anciennement
connu sous le nom de syndrome central de la
moelle). Pour le stade subaigu, seront inclus la
dégénérescence Wallerienne et le développement
précoce d'une « schwannose ». Pour le stade
chronique, seront inclus la différenciation de
cavités et de kystes, l'accumulation de fluide
périkystique, ainsi que l'attachement/adhérence
de la moelle avec altérations dans la dynamique
du flux du liquide cérébro-rachidien (LCR). Les
directions futures dans l'évaluation de la moelle
épinière lésée comprendront les progrès en
imagerie pondérée par la diffusion et en
cartographie de coefficients de diffusion
apparente, en plus de l'investigation du syndrome
de douleur chronique associé aux lésions
médullaires.
12
Barbeau, Hugues
School of Physical and Occupational Therapy
McGill University
3630 Promenade Sir-William-Osler, Montréal, Québec, Canada, H3G 1Y5
514-398-4519
[email protected]
Collaborateurs/Collaborators
Fung, Joyce;
Leroux, Alain;
Ladouceur, Michel;
Lajoie, Yves;
Pépin, André.
Adaptation and recovery of postural and
locomotor patterns following spinal cord
injury.
Adaptation et récupération de patrons de
posture et de locomotion après lésion
médullaire.
Spinal cord injury (SCI) is associated with multiple motor problems leading to alteration and
limitations in the locomotor and postural behavior. This review summarizes important principles
in the control of locomotion and posture that
are relevant for the rehabilitation of neurological patient populations, such as subjects with SCI
or stroke. Firstly, there are important determinant
control variables that need to be identified, in
order to understand the adaptation processes due
to behavioral goals (such as changes in walking
speed or attentional demands) and external constraints (e.g. obstacles or slope changes). These
control variables are important for the evaluation and treatment of subjects with SCI. Secondly,
many new treatment approaches have been developed, such as locomotor training using body
weight support, functional electrical stimulation,
pharmacological intervention and their combination. It is important to determine the efficacy
of these new treatment approaches on posture
and locomotor adaptations, such that more integrated and comprehensive rehabilitation strategies can be developed. Finally, emerging principles on neuroplasticity and rehabilitation from
both animal and human findings should be recognized as important concepts to enhance the
recovery of locomotion and posture in subjects
with SCI.
Les lésions de la moelle épinière (LMÉ) sont
associées à une multitude de problèmes moteurs
menant à l'altération et à des limitations dans
les comportements locomoteur et postural. Cette
revue résume les principes fondamentaux du
contrôle locomoteur et postural qui sont
pertinents en vue de la réhabilitation des patients
ayant des troubles neurologiques, tels que les
LMÉ ou les accidents vasculaires cérébraux.
Premièrement, d'importantes variables de
contrôle doivent être identifiées afin de
comprendre les processus d'adaptation propres
aux buts comportementaux (changements de la
vitesse de marche, demandes attentionnelles) et
aux contraintes extérieures (obstacles,
changements de pente) en vue de l'évaluation et
du traitement des sujets avec LMÉ.
Deuxièmement, plusieurs nouvelles approches de
traitement ont été développées, tels que
l'entraînement locomoteur avec support de
poids, la stimulation électrique fonctionnelle,
l'intervention pharmacologique et leurs
combinaisons. Il est important de déterminer
l'efficacité de ces nouveaux traitements sur les
adaptations posturales et locomotrices pour que
des stratégies de réhabilitation mieux intégrées
puissent être développées. Finalement, des
nouveaux principes de plasticité neuronale et de
réhabilitation chez l'animal et l'humain devraient
être reconnus comme étant d'importants concepts pour améliorer la récupération de la locomotion et de la posture chez les sujets avec LMÉ.
13
Stein, Richard B.
Physiology and Neuroscience
University of Alberta
513 Heritage Medical Research Centre, Edmonton, Alberta, Canada, T6G 2S2
780-492-1618
[email protected]
Chong, SuLing;
James, Kelly;
Kido, Aiko;
Tubman, Aaron.
Improved mobility after spinal cord injury.
Mobilité améliorée après lésion médullaire.
Functional electrical stimulation (FES) can improve the function of people with a spinal cord
injury or stroke. A common deficit is the inability to swing the leg through so the foot drops or
drags on the ground. We developed a novel foot
drop stimulator to lift the foot during swing with
FES. A built-in tilt sensor controls stimulation of
the common peroneal nerve to lift the foot. Such
simple devices can increase walking speed by
nearly 50%. Efficiency is also increased, as measured by changes in heart rate or oxygen consumption during walking. This can result in much
more functional walking in the community. We
improved the foot drop stimulator (WalkAide2)
for easier daily use. Others with more severe injuries typically use a wheelchair. We built a device that allows flexion and extension of the knees
to propel a wheelchair. Residual voluntary activity or FES can produce movements that are
coupled to the wheels via a bidirectional to unidirectional converter. Effort and energy is reduced by about 50% when wheeling with the legs,
instead of the arms. Leg wheeling is even 30%
more efficient than for control subjects to walk
the same distance at the same speed. Leg wheeling allows higher speeds and rates of oxygen consumption than arm wheeling. Thus, leg wheeling
provides a good workout and increases mobility.
We are investigating the longer term changes that
use of the leg-propelled (LegPro) wheelchair can
produce in muscle strength and fatigue resistance. Titre et résumé en français
La stimulation électrique fonctionnelle (SEF)
permet une amélioration fonctionnelle des
personnes après une lésion médullaire ou un accident vasculaire cérébral. Un déficit fréquent est
une incapacité à balancer la jambe qui fait en
sorte que le pied tombe et traîne au sol. Nous
avons mis au point un stimulateur permettant de
lever le pied lors du balancement grâce à la SEF.
Un détecteur d'inclinaison incorporé contrôle la
stimulation du nerf péroné commun afin de lever le pied. Un tel appareil peut augmenter la
vitesse de marche de près de 50%. L'efficacité est
aussi augmentée, comme l'indiquent les
changements du rythme cardiaque et de la
consommation d'oxygène pendant la marche.
Ceci peut permettre une marche beaucoup plus
fonctionnelle dans la vie quotidienne. Nous avons
amélioré ce stimulateur (WalkAide2) pour
permettre une utilisation routinière plus facile.
D'autres individus avec des lésions plus sévères
utilisent généralement un fauteuil roulant. Nous
avons construit un dispositif qui permet la flexion et l'extension des genoux pour propulser le
fauteuil. L'activité volontaire résiduelle ou la SEF
peuvent produire des mouvements couplés aux
roues via un convertisseur bidirectionnel unidirectionnel. L'effort et l'énergie sont réduits
d'environ 50% quand les jambes propulsent le
fauteuil au lieu des bras. La propulsion à l'aide
des jambes est même plus efficace de 30% en
comparaison de sujets normaux qui marchent la
même distance à la même vitesse. La propulsion
avec les jambes permet de plus grandes vitesses
et de meilleurs taux de consommation d'oxygène
que la propulsion avec les bras. Donc, la propulsion avec les jambes fournit un bon rendement
et augmente la mobilité. Nous examinons les
changements à plus long terme que l'utilisation
d'un fauteuil propulsé avec les jambes (LegPro)
peut produire sur la force musculaire et la
résistance à la fatigue.
14
Reier, Paul J.
Department of Neuroscience
McKnight Brain Institute of the University of Florida
Box 100244, Gainesville, FL, USA, 32610
352-392-5644
[email protected]
Golder, Francis;
Bolser, Donald;
Johnson, Richard D.;
Hubscher, Charles H.;
Velardo, M.J.
Functional plasticity and
neurotransplantation in the phrenic
motoneuron (PhMN) system.
Plasticité fonctionnelle et transplantation
neurale dans le système motoneuronal
phrénique (MnPh).
We are presently investigating plasticity of respiratory function following cervical spinal injuries
in adult rats. Because bulbospinal respiratory
(rVRG) neurons have bilateral projections, we first
explored whether PhMn activity was affected contralateral to a C2 hemisection. At 2 mos. postlesion, we found altered contralateral PhMn neurophysiological responses to hypoxic and hypercapnic challenges along with elevated respiratory
rate. Thus, a unilateral lesion can induce changes
in respiratory function at both segmental and
suprasegmental levels, including upstream effects
in a brainstem respiratory pattern generator. Interestingly, animals with both C2 hemisection
and grafts of fetal spinal cord tissue did not exhibit the enhanced respiratory frequency or the
suppressed inspiratory amplitude responses observed in lesion-only animals. Other findings have
shown that grafts of purified Ntera2 neurons
(hNT cells) into C4-5 contusion lesion can also
modify PhMN function. Neurophysiological data
and pseudorabies virus tracing results have demonstrated short-range host-graft connectivity.
Together, these data demonstrate another level
of functional plasticity in the PhMN system that
appears to respond to intraspinal grafts via local
axonal projections. (Supported by NIH PO1 NS
35702, State of Florida BCIRTF, NIH SBIR, a contribution from "Stand Among Friends" and the
Mark F. Overstreet Chair).
Nous examinons présentement la plasticité de la
fonction respiratoire après lésion spinale
cervicale chez le rat adulte. Puisque les neurones
respiratoires bulbospinaux (rVRG) ont des projections bilatérales, nous avons d'abord testé si
l'activité des MnPh était affectée en controlatéral
à une hémisection en C2. Deux mois après la
lésion, nous avons trouvé des altérations des
réponses neurophysiologiques des MnPh
controlatéraux, ainsi qu'un rythme respiratoire
accéléré, en conditions d'hypoxie et d'hypercapnée. Ainsi, une lésion unilatérale peut induire
des changements de la fonction respiratoire tant
au niveau segmentaire que supra-segmentaire,
incluant des effets en amont sur le générateur
de patterns respiratoires du tronc cérébral. Or,
les animaux ayant subi à la fois une hémisection
en C2 et une greffe de tissu médullaire fœtal
n'ont pas montré l'augmentation de fréquence
respiratoire ni la diminution d'amplitude
inspiratoire observées chez les animaux lésés
uniquement. D'autres résultats ont montré que
des greffes de neurones Ntera2 purifiés (cellules
hNT) au niveau de lésions par contusion en C45 peuvent aussi modifier l'activité des MnPh. Des
analyses neurophysiologiques et le traçage axonal
avec le virus de pseudorage ont démontré une
connectivité locale entre l'hôte et la greffe.
L'ensemble de ces données montre un autre
niveau de plasticité fonctionnelle dans le système
MnPh qui semble répondre aux greffes
intraspinales via des projections axonales locales.
(Subventionné par NIH PO1 NS 35702, le BCIRTF
de l'État de Floride, NIH SBIR, une contribution
de "Stand Among Friends" et la Chaire Mark F.
Overstreet).
15
Grillner, Sten
Karolinska Institutet
SE 171 77, Stockholm, , Sweden, SE 171 77
46 8 728 6900
[email protected]
The intrinsic function of the brainstem
spinal cord network coordinating locomotion - from ion channels to behavior.
La fonction intrinsèque du réseau
tronculaire et médullaire de coordination
locomotrice - des canaux ioniques aux
comportements.
The neuronal networks underlying locomotion
in lamprey have been studied in some detail. The
segmental network consists of ipsilateral excitatory glutamatergic and inhibitory crossed
glycinergic interneurons. In addition, there is a
sensory movement-related input to the network
from ipsilateral excitatory and crossed inhibitory
stretch receptor neurons that helps adapt the
movements to external events. For pattern generation, the intrinsic properties of the different
network neurons play a critical role. One focus
will be on the role of different subtypes of Ca2+
and Ca2+ dependent K+ channels for neuronal
network function. The modulation of different ion
channel subtypes affects neuronal function and
causes thereby characteristic changes at the network level. Different modulators like aminergic
and peptidergic transmitters often exert neuron
and synapse specific effects. Modulators like
tachykinins, in addition to short term effects, also
have effects on the cellular and network levels
that are dependent on protein synthesis and last
more than 24 hours. In the lamprey network, it is
possible to bridge from the cellular to the behavioral level and predict what changes a modulation of a given type of ion channel in a given
cell type will have on the network level. Grillner,
S., L. Cangiano, G.-Y. Hu, Thompson, R. Hill, P.
Wallén (2000) The intrinsic function of a motor
system.
Brain
Res.
886:
224-236.
Acknowledgement: Swedish MRC (3026) and
NSC, Wallenberg Foundation.
Les réseaux neuronaux qui sous-tendent la locomotion chez la lamproie ont été étudiés en détail.
Le réseau segmentaire se compose
d'interneurones glutamatergiques excitateurs
ipsilatéraux et d'interneurones glycinergiques
inhibiteurs croisés. En plus, il y a un input
sensoriel relié au mouvement dans le réseau,
venant des neurones excitateurs ipsilatéraux et
inhibiteurs croisés des récepteurs d'étirement,
qui aide à adapter les mouvements aux
événements externes. Pour la génération de patterns, les propriétés intrinsèques des différents
neurones du réseau jouent un rôle critique. Le
rôle de différents sous types de canaux Ca2+ et
K+ dépendant du Ca2+ pour la fonction du réseau
neuronal sera un point de mire. La modulation
de différents sous-types de canaux ioniques
affecte la fonction neuronale causant ainsi des
changements caractéristiques dans le réseau.
Différents modulateurs, comme les transmetteurs
amines et peptidiques, exercent souvent des effets
spécifiques sur les neurones et les synapses. En
plus de leurs effets à court terme, les modulateurs
comme les tachykinines ont des effets sur les
niveaux cellulaire et du réseau, qui dépendent
de la synthèse protéique et durent plus de 24
heures. Chez la lamproie, il est possible d'établir
les liens entre les niveaux cellulaire et
comportemental et de prédire les changements
qu'une modulation d'un type donné de canaux
ioniques dans un type donné de cellule
produiront au niveau du réseau. Grillner, S., L.
Cangiano, G.-Y. Hu, Thompson, R. Hill, P. Wallén
(2000) The intrinsic function of a motor system.
Brain Res. 886: 224-236. Remerciements: Swedish MRC (3026) and NSC, Wallenberg Foundation.
16
Schmidt, Brian.
Jordan, Larry
Department of Physiology
Departemnt of Physiology, the University of Manitoba
730 William Ave., BMSB 434, Winnipeg, Manitoba, Canada, R3E 3J7
204-798-3694
[email protected]
Propriospinal neurons involved in the
control of locomotion: potential targets for
repair strategies?
Les neurones propriospinaux impliqués
dans le contrôle de la locomotion: cibles
potentielles des stratégies de réparation?
Propriospinal neurons involved in the control of
locomotion may be potential targets for repair
strategies, because propriospinal axons have the
capacity to exit grafts and re-enter the spinal cord
distal to the transection/graft site. One population of propriospinal cells now known to be involved in the control of locomotion in mammals
are interneurons possessing 5-HT receptors. We
have found that clozapine, a potent antagonist
of 5-HT7 receptors, reversibly blocks brainstem
evoked locomotion in reduced preparations and
overgound locomotion in intact animals. Neurons
active during locomotion and possessing 5-HT7
receptors have been localized. Application of
5-HT in the regions where these cells are located
can activate the locomotor CPG, and 5-HT release in the isolated neonatal rat spinal cord overlaps these effective sites. A system of cholinergic
propriospinal neurons is also implicated in the
control of locomotion. In the newborn rat, locomotion is elicited by bath application of cholinergic agonists to the spinal cord. We have described cholinergic interneurons which were active during locomotion and mapped their distribution within the lumbar enlargement. Blockage
of cholinergic transmission with atropine decreases the coupling between the cervical and
lumbar enlargements, suggesting that propriospinal cholinergic transmission is capable of relaying locomotor signals. These two populations of
propriospinal neurons may be appropriate targets for repair strategies.
Les neurones propriospinaux impliqués dans le
contrôle de la locomotion pourraient être des
cibles potentielles pour des stratégies de
réparation, puisque les axones propriospinaux
ont la capacité de sortir de greffes et de rentrer
dans la moelle épinière distale par rapport au site
de transection/greffe. Les interneurones
possédant des récepteurs 5-HT représentent une
population de cellules propriospinales désormais
connue comme étant impliquée dans le contrôle
de la locomotion chez les mammifères. Nous
avons trouvé que la clozapine, un antagoniste
puissant des récepteurs 5-HT7, bloque de façon
réversible la locomotion évoquée au niveau du
tronc cérébral, dans des préparations réduites et
dans la locomotion au-dessus du sol chez les
animaux intacts. Les neurones activés durant la
locomotion et possédant des récepteurs 5-HT7
ont été localisés. L'application de 5-HT dans ces
régions peut activer le générateur central de patterns locomoteurs et, d'autre part, la libération
de 5-HTdans la moelle isolée du rat néonatal se
produit dans ces mêmes sites. Un système de
neurones propriospinaux cholinergiques est aussi
impliqué dans le contrôle de la locomotion. Dans
la moelle du rat nouveau-né, la locomotion est
provoquée par l'application in vitro d'agonistes
cholinergiques dans le bain d'incubation. Nous
avons décrit des interneurones cholinergiques
qui étaient activés durant la locomotion et
cartographié leur distribution au niveau de
l'élargissement lombaire. Le blocage de la transmission cholinergique avec de l'atropine diminue
le couplage entre les élargissements cervical et
lombaire, suggérant que la transmission
cholinergique propriospinale soit capable de
relayer les signaux locomoteurs. Ces deux populations de neurones propriospinaux pourraient
être des cibles appropriées dans les stratégies de
réparation.
17
Rossignol, Serge
Département de physiologie, Centre de recherche en sciences neurologiques
Université de Montréal
C.P. 6128, succursale Centre-ville, Montréal (Québec) H3C 3J7
514-343-6366
[email protected]
Giroux, Nathalie;
Chau, Connie;
Bouyer, Laurent;
Marcoux, Judith;
Barbeau, Hugues;
Reader, Tomàs A.
The cat model of spinal injury.
Le modèle du chat des lésions spinales.
Two to three weeks after a complete section of
the spinal cord at T13, kittens and adult cats can
walk at various speeds with the hind limbs on a
treadmill. Although alpha-2 adrenergic agonists
such as clonidine can trigger locomotion early
after spinalisation and can modulate locomotion
in the chronic stage, a block of these receptors
by yohimbine does not prevent spinal locomotion. On the other hand, blocking NMDA receptors with AP-5 completely stops spinal locomotion. Complementary experiments using autoradiographic methods to study the various types of
receptors below the spinal lesion show that
whereas NA and 5-HT are down-regulated after
a period of up-regulation, AMPA, Kainate and
NMDA receptors remain up-regulated in the
chronic stage. Thus spinal locomotion in the
chronic stage seems to largely depend on
glutamatergic mechanisms. Furthermore, spinal
locomotion requires afferent inputs for its initiation, maintenance and adaptation. Indeed, after a cutaneous denervation of the hind paws,
spinal cats (contrary to intact cats) are unable to
place the foot during locomotion. This dependence on sensory afferent inputs may very well
be related to the glutamatergic mechanisms mentioned above and the ability of these sensory afferents to release excitatory amino acids during
movement. (funded by CIHR, SCRF, CRPF).
Deux à trois semaines après une section complète
de la moelle épinière à T13, les chatons et les
chats adultes peuvent marcher à différentes
vitesses avec les membres postérieurs sur un tapis
roulant. Même si les agonistes adrénergiques alpha-2 tels que la clonidine peuvent déclencher
la marche tôt après la spinalisation et peuvent
moduler la marche au stage chronique, un bloc
de ces récepteurs par la yohimbine n’empêche
pas la locomotion. D’autre part, un bloc des
récepteurs NMDA par l’AP-5 peut arrêter
complètement la marche spinale. Des expériences
complémentaires en autoradiographie pour
étudier les différents récepteurs sous la lésion
spinale montrent que, contrairement aux
récepteurs NA et 5-HT qui sont d’abord régulés
à la hausse puis retournent aux niveaux contrôles,
les récepteurs AMPA, Kainate and NMDA restent
élevés au stage chronique. Il semble donc qu’au
stage chronique la locomotion spinale dépende
de mécanismes glutamatergiques. De plus, la locomotion spinale requiert des inputs afférents
pour être initiée, maintenue et adaptée. En effet,
après une dénervation cutanée des deux pieds
arrières, les chats spinaux (contrairement aux
chats intacts) ne peuvent placer le pied durant
la locomotion. Cette dépendance des afférences
sensorielles pourrait très bien être reliée aux
mécanismes glutamatergiques mentionnés plus
haut et sur la capacité des afférences sensorielles
de relâcher des acides aminés excitateurs durant
le mouvement (subventionné par IRSC, SCRF,
CRPF)
18
Shefchyk, Susan
University of Manitoba
730 William Ave, Winnipeg, Manitoba, Canada, R3E 3J7
204-789-3736
[email protected]
Spinal cord neural organization for urinary
bladder and striated sphincter control.
Organisation neurale médullaire du
contrôle de la vessie et du sphincter strié.
The storage and elimination of urine requires the
coordination of activity in the sympathetic and
parasympathetic divisions of the autonomic nervous system and the somatic muscles of the striated sphincter and pelvic floor. Within the sacral
spinal cord segments are the parasympathetic
pre-ganglionic efferents that influence the bladder as well as the ventral horn motoneurons innervating the striated sphincter muscle. These
neurons receive segmental sensory information
from the viscera and perineal skin as well as from
descending supra-spinal inputs. Many of the actions of descending and segmental reflexes are
mediated by excitatory and inhibitory sacral spinal interneurons. Coordination between parasympathetic and somatic sphincter pathways and
the interneurons controlling them must occur
during continence and micturition in order for
normal lower urinary tract function to occur. This
presentation will review the identified inter-neuronal circuitry contributing to the control of the
bladder and sphincter and discuss how changes
in the control of these interneurons might contribute to abnormal patterns of bladder and
sphincter function commonly observed following spinal cord injury.
Le stockage et l'élimination de l'urine requièrent
la coordination des divisions sympathique et
parasympathique du système nerveux autonome
ainsi que des muscles somatiques du sphincter
strié et du plancher pelvien. Au niveau des segments sacrés de la moelle épinière se trouvent
les efférences pré-ganglionnaires parasympathiques qui influencent la vessie, ainsi que les
motoneurones de la corne ventrale qui innervent
le muscle strié du sphincter. Ces neurones
reçoivent de l'information sensorielle
segmentaire des viscères et de la peau du périnée,
ainsi que des voies supraspinales descendantes.
Plusieurs des effets des réflexes descendants et
segmentaires se font par l'entremise des
interneurones inhibiteurs et excitateurs situés
dans la moelle sacrée. Il doit y avoir une coordination entre les voies parasympathiques et
somatiques du contrôle du sphincter, ainsi
qu'avec les interneurones qui les contrôlent, de
façon à permettre un bon fonctionnement du
tractus urinaire. Cette présentation passera en
revue les circuits d'interneurones identifiés
comme étant impliqués dans le contrôle de la
vessie et du sphincter et discutera comment des
changements dans le contrôle de ces
interneurones pourraient contribuer à des
anomalies du fonctionnement de la vessie et des
sphincters communément observés après une
lésion médullaire.
19
Prochazka, Arthur
University of Alberta
507 HMRC, University of Alberta, Edmonton, AB, Canada, T6G 2S2
780-492-3783
[email protected]
Mushahwar, Vivian;
Yakovenko, Sergiy.
Normal and artificial activation and coordination of spinal motoneuron pools.
Activation et coordination normales et
artificielles de pools de motoneurones
médullaires.
Goal-directed movements of the limbs involve the
coordinated activation of dozens of muscles. The
neural signals activating these muscles are organized at several levels in the central nervous system, the result being trains of action potentials
delivered to muscles by ensembles of spinal motoneurons (MN). We have recently developed a
way of modeling and visualizing the ensemble
activity of many of the MNs controlling the
hindlimbs during locomotion in the cat. This has
revealed the spatiotemporal migration of MN
activity underlying locomotion and provides an
interesting perspective on therapeutic approaches to restoring function. Recent progress
in the area of spinal cord microstimulation will
be reviewed, including the ability to synthesize
locomotor movements with a small number of
implanted microwires, as well as the demonstration that movements can be elicited after a complete spinal transection. The potential clinical
advantages and disadvantages of spinal cord
microstimulation will be discussed, particularly
in relation to the simplification of control that is
likely to result from the activation of synergistic
groups of muscles rather than individual muscles.
The possibility of facilitating residual voluntary
control and attenuating spasticity will also be
raised. Supported by CIHR and AHFMR
Les mouvements des membres dirigés vers un but
impliquent l'activation coordonnée de douzaines
de muscles. Les signaux neuronaux qui activent
ces muscles sont organisés à plusieurs niveaux
du système nerveux central, le résultat étant des
trains de potentiels d'action délivrés aux muscles
par des ensembles de motoneurones médullaires
(MN). Nous avons récemment développé une
façon de modeler et de visualiser l'activité
d'ensemble de plusieurs MN contrôlant les
membres postérieurs durant la locomotion chez
le chat. Ces études ont révélé une migration
spatio-temporelle de l'activité des MN soustendant la locomotion et fournissent une perspective intéressante sur les approches
thérapeutiques visant la restauration
fonctionnelle. Les progrès récents dans le
domaine de la microstimulation de la moelle
épinière seront revus, incluant la capacité de
synthétiser des mouvements locomoteurs par
l'implantation d'un petit nombre de microfils, de
même que la démonstration que des mouvements
peuvent être obtenus après une section
médullaire complète. Les avantages et
inconvénients cliniques potentiels de la
microstimulation de la moelle épinière seront
discutés, notamment en relation avec la simplification
du
contrôle
qui
résultera
vraisemblablement de l'activation de groupes de
muscles synergiques plutôt que de muscles
individuels. La possibilité de faciliter un contrôle
volontaire résiduel et d'atténuer la spasticité sera
aussi soulevée. Subventionné par les IRSC et
l'Alberta Heritage Foundation MR.
20
Edgerton, Reggie V.
Brain Research Institute
University of California, Los Angeles
695 Charles E. Young Drive South Box 951761, Los Angeles, California, USA, 90095-1761
310-825-1910
[email protected]
de Leon, Ray,;
Reinkensmeyer, David.;
London, Nikolas;
Timoszyk, W.;
Parker, Chane;
Roy, Roland R.
“Decision-making” ability of the rat spinal
cord.
Capacités de « prise de décision » de la
moelle épinière du rat.
We have placed considerable effort to transpose
our studies of locomotion of chronic spinal cats
to rats. The advantages of the rat are lower cost
and the ability to perform more experiments more
quickly. As in our initial studies of cats to develop
the locomotion model, our efforts in the rat has
been focused on neonatally spinalized rats, 5-7
days of age. Rats that are trained to step can learn
to step as has been observed in cats. We examined whether the lumbar spinal circuitry that
generates hindlimb stepping in spinal rats can
adapt to mechanical perturbations. A new finding is that the neural control seems to be designed to normalize the kinematics to generate
weight bearing steps. The kinematics can be corrected over a wide range of physical perturbations of the step cycle, occurring over a period
of minutes while performing consecutive stepping. Normalization of the kinematics of the step
cycle is accomplished by varying the relative excitation levels of motor pools which compensate
for the perturbed forces imposed on the limbs
during weight bearing stepping of complete spinal animals. These studies suggest that the kinematics of the hindlimbs is the essential parameter being controlled by the spinal networks that
generate stepping. These data have clear implications regarding the rationale for step training
assisted by body weight support as needed to
regain kinematically effective stepping following
spinal cord injury. (Supported by CRPF #DA19902-2; NIH NS16333)
Nous avons fait des efforts considérables pour
transposer nos études de locomotion du chat au
rat spinalisés en chronique. Les avantages du rat
sont un moindre coût et la possibilité de réaliser
plus d'expériences plus rapidement. Comme dans
nos études initiales chez le chat pour le
développement d'un modèle de locomotion, nos
efforts chez le rat se sont concentrés sur des
animaux néonatals, spinalisés à l'âge de 5-7 jours.
Les rats entraînés peuvent apprendre à marcher
au pas, comme le chat. Nous avons examiné si le
réseau spinal lombaire qui génère la marche
alterne des membres postérieurs chez le rat
spinalisé peut s'adapter à des perturbations
mécaniques. Nous avons trouvé que le contrôle
neural semble conçu pour normaliser la
cinématique de pas supportant le poids corporel.
La cinématique peut être corrigée pour un large
spectre de perturbations physiques du cycle de
marche, se produisant sur une période de minutes pendant l'exécution de pas consécutifs. La
normalisation de la cinématique du cycle de
marche est accomplie en variant les niveaux
relatifs d'excitation des ensembles moteurs qui
compensent pour les forces de perturbation
imposées aux membres durant une marche
supportante, chez les animaux complètement
spinalisés. Ces études suggèrent que la
cinématique des membres inférieurs est le
paramètre essentiel contrôlé par les réseaux
spinaux générant la marche. Ces résultats ont des
implications précises pour l'entraînement à la
marche assistée avec support du poids corporel
tel que nécessaire pour le recouvrement d'une
cinématique de marche effective après lésion
médullaire. (Subventionné par CRPF (DAI-99022; NIH NS16333).
21
Beattie, Michael S.
Bresnahan, Jacqueline
Ohio State University
333 W 10th Avenue, Columbus, OH, USA, 43210
614-292-6639
[email protected]
Spinal cord contusion models for studying
cell death, repair, and neurological
recovery.
Modèles de contusion de la moelle
épinière pour étudier la mort cellulaire, la
réparation et la récupération
neurologique.
Spinal cord contusions in animals can be used
to model the condition in man. We have used a
model of spinal cord contusion in rats to study
neuroprotective drugs and the process of recovery from SCI. The model also is useful for studying the biology of cell death and repair. Contusion lesions in rats leads to a progression of injury over many weeks, including the development
of a lesion cavity, die back of axons at the lesion
margins, and the death of neurons and glia. Cell
death occurs rapidly by necrosis; later oligodendrocytes in the long tracts undergoing Wallerian
degeneration die by apoptotic mechanisms. This
delayed degeneration is a potential target for
neuro- (and glial) protection by anti-apoptotic
drugs. This secondary injury may also be modeled by nano-injections of glutamate agonists and
cytokines. Tumor necrosis factor alpha and kainic
acid, for instance, appear to interact to produce
massive cell death at doses that when given alone
produce little or no damage. Secondary injury is
accompanied by attempts at repair. Corticospinal tract (CST) axons sprout after several weeks
and grow partially around the lesion cavity. At
many months following injury, a small number of
axons from the CST and the brainstem can be
traced to tissue bridges inside the lesion cavity.
Cellular proliferation is quite profuse after contusion injuries, and includes cells from the region of the central canal.
La contusion de la moelle chez l'animal peut être
utilisées comme modèles de la condition
retrouvée chez l'humain. Nous avons utilisé ce
modèle chez le rat pour étudier des agents
neuroprotecteurs et le processus de la
récupération après LMÉ. Ce modèle est aussi utile
pour l'étude de la mort cellulaire et de la
réparation. Les lésions par contusion chez le rat
entraînent une progression de la lésion
s'échelonnant sur plusieurs semaines,
comprenant le développement d'une cavité, une
rétraction axonale aux marges de la lésion et la
mort de neurones et de cellules gliales. La mort
cellulaire est rapide (par nécrose); plus tard, les
oligodendrocytes des faisceaux longs en
dégénérescence Wallerienne meurent par
apoptose. Cette dégénérescence retardée est une
cible potentielle pour la protection neuronale et
gliale avec des agents anti-apoptotiques. Ces
dommages secondaires peuvent être reproduits
par nano-injection d'agonistes glutamatergiques
et de cytokines. Ainsi, le TNFalpha et l'acide
kainique interagissent pour produire une mort
cellulaire massive à des doses qui, données
séparément produisent peu ou pas de dommages.
La lésion secondaire s'accompagne de tentatives
de réparation. Les axones des voies
corticospinales (CST) bourgeonnent après
plusieurs semaines et poussent autour de la cavité
lésionnelle. Plusieurs mois après la lésion, un petit
nombre d'axones CST et du tronc cérébral
peuvent être retracés jusque dans des tissus à
l'intérieur de la cavité lésionnelle. La prolifération
cellulaire est abondante après les lésions par contusion, incluant des cellules de la région du canal central.
22
Monday/Lundi — 08h30
Young, Wise
W. M. Keck Center for Collaborative Neuroscience
Rutgers University
604 Allison Rd, Piscataway, NJ, USA, 08854-8082
732-445-2061
[email protected]
Phonsombat, Surat;
Brus-Ramer, Marcel;
Peng, Lang;
Huang, Wencheng;
Oboh, Riwo;
Hart, Ron.
Neuroprotection and repair after spinal
cord injury.
Neuroprotection et récupération suite à
une lésion de la moelle épinière.
The glucocorticoid methylprednisolone (MP)
improves recovery when given shortly after spinal cord injury. Monosialic ganglioside (GM1)
accelerates recovery but antagonizes beneficial
effects of MP when given shortly after injury. We
measured cytokine and neurotrophin mRNA in
contused rat spinal cords to assess the effects of
a 30 mg/kg bolus of MP or GM1 on inflammatory and growth factor expression. We also assessed MP and GM1 effects on neuronal and oligodendroglia apoptosis in the rat spinal cords.
Injury markedly increased IL-1a, IL-1b, IL-6, and
TNF-a mRNA levels in contused rat spinal cords,
rising in 10 minutes, peaking at 6 hours, and falling to baseline by 24-48 hours. Other cytokines,
such as IL-2, IL-3, IL-4, IL-10, and IFg did not
rise. Injury increased NGF, BDNF, NT-3, GDNF,
and CNTF expression. MP blocked the rise in IL1b and reduced IL-1a, IL-6, and TNF-a, as well
as NGF, BDNF, GDNF, and CNTF. GM1 increased
IL-1a and IL-1b but not IL-6 or TNF-a, and increased NGF and GDNF. Both MP and GM1 reduced oligodendroglial and neuronal apoptosis
by 50% at 2 weeks after injury. Male rats had
more oligodendroglial apoptosis than females.
Thus, MP suppressed cytokine and neurotrophin
expression while GM1 increased both, suggesting that MP is anti-inflammatory but suppresses
neurotrophin expression while GM1 is pro-inflammatory and stimulates neurotrophin expression. Both drugs, however, reduced neuronal and
oligodendroglial apoptosis at 2 weeks after injury.
Le methylprednisolone (MP), un glucocorticoïde,
améliore la récupération s'il est administré
immédiatement suite à une lésion de la moelle.
L'administration de ganglioside monosialique
(GM1) suite à la lésion accélère la récupération,
mais antagonise les effets bénéfiques du MP. Nous
avons effectué une quantification de l'ARNm des
cytokines et neurotrophines présentes dans la
moelle de rats ayant subi un écrasement afin de
déterminer les effets de l'administration de MP
ou GM1 (30 mg/kg) sur l'inflammation et
l'expression des facteurs de croissance. Suite à la
lésion, les niveaux d'ARNm de IL-1a, IL-1b, IL-6
et TNF-a ont été significativement augmentés 10
min après la lésion, avec un pic à 6h et un retour
au niveaux basal en 24-48h. Les niveaux de IL-2,
IL-3, IL-4, IL-10 et IFg n'ont pas augmenté. La
lésion de la moelle a aussi provoqué l'augmentation de l'expression de NGF, BDNF, NT-3, GDNF
et CNTF. Le MP a bloqué l'élévation des niveaux
d'expression de IL-1b et a réduit IL-1a, IL-6 et
TNF-a ainsi que NGF, BDNF GDNF et CNTF. LE
GM1 a augmenté IL-1a et IL-1b, NGF et BDNF,
sans toutefois changer IL-6 ou TNF-a. Le MP
diminue l'expression des cytokines et des
neurotrophines, tandis que le GM1 l'augmente.
Ainsi, le MP est un anti-inflammatoire qui réduit
l'expression des neurotrophines alors que le GM1
induit l'inflammation et stimule l'expression des
neurotrophines. Cependant les 2 substances ont
réduit l'apoptose neuronale et oligodendrocytaire de 50% 2 semaines après la lésion, les
mâles ayant un plus haut taux d'apoptose
oligodendrocytaire que les femelles.
23
Tuszynski, Mark
Department of Neurosciences
University of California, San Diego
La Jolla, CA, USA, 92037-0626
858-534-8857
[email protected]
Blesch, Armin;
Lu, Paul;
Jones, Leonard;
Lacroix, Steve.
Neurotrophic factor gene therapy for
spinal cord injury.
Thérapie génique des lésions médullaires
avec des facteurs neurotrophiques.
The failure of axonal regeneration after SCI is
attributable to several factors, including:
1) the failure of the CNS to express neurotrophic
factors in spatial and temporal gradients that support axon growth;
2) a lack of permissive substrate molecules at sites
of injury to allow axonal attachment and extension; and
3) the presence of myelin- and extracellular matrix-associated inhibitory molecules. This talk will
review the effects of localized growth factor gene
delivery and manipulation of the extracellular
matrix on axonal growth after SCI. The emergence
of spontaneous plasticity as a target for therapeutic manipulation to enhance recovery will also
be addressed.
L'absence de régénération axonale après lésion
de la moelle épinière est attribuable à plusieurs
facteurs incluant :
1) l'inaptitude du SNC à exprimer des facteurs
neurotrophiques en gradients spatiaux et
temporels qui favorisent la croissance axonale ;
2) un manque de molécules permissives du
substrat aux sites de lésions qui permettraient
l'adhérence et l'élongation axonales et
3) la présence de molécules inhibitrices associées
à la matrice extracellulaire et à la myéline. Cet
exposé passera en revue les effets de
l'administration localisée de gènes de facteurs de
croissance et de la manipulation de la matrice
extracellulaire sur la croissance axonale après
lésion de la moelle épinière. L'apparition d'une
plasticité spontanée comme cible de manipulations thérapeutiques visant à améliorer la
récupération sera également discutée.
24
Carlen, Peter L.
Department Medicine and Physiology
Toronto Western Research Institute and University of Toronto
399 Bathurst St. Rm 12-413, Toronto, ON, Canada, M5T 2S8
416-4818644
[email protected]
Tonkikh, Alex;
Perez Velazquez, Jose Luis;
Frantseva, Marina.
Mitochondria as a target for
neuroprotection in neurotrauma.
Les mitochondries comme cible de
neuroprotection dans les traumatismes
neurologiques.
Mitochondrial dysfunction plays a significant role
in neurotrauma, be it caused directly from the
traumatic pressure wave, or indirectly from hypoxia/ischemia and excitotoxicity. As a model of
grey matter injury, we study the effects of hypoxia/
ischemia or, more recently, localized mechanical
trauma to cultured organotypic hippocampal
slices. In rat CA1 pyramidal neurons of
organotypic slices subjected to an hypoxic-hypoglycemic insult, the production of free radicals (using dihydrorhodamine 123) was temporally correlated with intracellular calcium elevation, as measured from injected fluo-3. Glutamate
receptor blockade decreased free radical production and intracellular calcium accumulation.
Measurements of mitochondrial calcium with
dihydroRhod-2, revealed that FR production
during and after the anoxic episode correlated
with the accumulation of mitochondrial calcium.
The mitochondrial permeability transition (MPT)
blocker, cyclosporin A (CsA), completely arrested
both ischemic FR deneration and mitochondrial
(but not cytoplasmic) calcium overload, and prevented deterioration of neuronal intrinsic membrane properties. Future work will also address
the role of presynaptic mitochondrial function
and impaired synaptic transmission, which could
be an early consequence of neurotrauma. Supported by the Ontario Neurotrauma Foundation
and CIHR.
Les dysfonctions des mitochondries jouent un
rôle significatif dans les neuro- traumatismes,
pouvant être causés directement par des vagues
de pression traumatique, ou indirectement par
une hypoxie/ ischémie et une exotoxicité. Comme
modèle de blessure dans la matière grise, nous
avons étudié les effets d'hypoxie/ ischémie ou
plus récemment des traumatismes mécaniques
localisés dans des tranches d'hippocampe
organotropiques cultivées. Chez le rat, au niveau
des neurones pyramidaux CA1 provenant des
tranches organotropiques soumises à une lésion
hypoxique- hypoglycémique, la production de
radicaux libres (utilisant la déhydrorhodamine
123) était temporairement corrélée avec une
hausse du calcium intracellulaire, tel que mesuré
à partir du fluo-3. Le blocage des récepteurs
glutamate diminue la production de radicaux
libres et l'accumulation du calcium intracellulaire. La mesure du taux de calcium mitochondrial à l'aide du dihydroRhod-2, révèle que
la production des radicaux libres durant et après
l'épisode d'anoxie est corrélée à l'accumulation
du calcium mitochondrial. Le bloqueur de la
perméabilité de transition mitochondriale (MPT),
la cyclosporine A (CsA), arrête complètement la
dégénération des radicaux libres ischémiques et
le surplus de calcium mitochondrial (mais non
cytoplasmique), et prévient les propriétés
intrinsèques des membranes neuronales. Les
travaux futurs traiteront du rôle de la fonction
mitochondriale pré-synaptique et de la transmission synaptique altérée, qui pourrait être une
conséquence précoce des neuro- traumatismes.
Supporté par l'Ontario Neurotrauma Foundation
et le CIHR.
25
Schwartz, Michal
Department of Neurobiology
The Weizmann Institute of Science
Rehovot, Israel, 76100
972-8-9342467
[email protected]
T-cell-based therapeutic vaccination facilitates recovery after spinal cord injury.
La vaccination thérapeutique basée sur les
cellules T facilite la récupération après
lésion spinale.
Spinal cord injury results in a massive loss of
neurons, due in part to insult-induced self-destructive processes. We reported that passive
transfer of autoimmune T-cells specific to myelin
antigens reduces this loss, and that protective
autoimmunity is spontaneously evoked by the
insult. The ability to develop a post-traumatic
protective autoimmunity is inversely related to
the susceptibility to the development of an autoimmune disease. Using a rat model of spinal
cord contusion, we show that autoimmune protection can be boosted immunization. To reduce
the risk of pathogenic autoimmunity while retaining the immunization benefit, we immunized with
myelin-derived peptides whose pathogenic properties had been attenuated. Post-traumatic immunization with such peptides led to a significant improvement in recovery, assessed by locomotor activity, retrograde labeling, and diffusionanisotropy MRI. We suggest that just as conventional vaccination with an attenuated microorganism confers protective immunity with reduced
threat of severe disease caused by the pathogens,
vaccination with altered self peptides confers
protective autoimmunity, thereby reducing the
damage caused by a traumatic CNS injury, with
minimal risk of concomitant autoimmune disease.
Further optimization of non-pathogenic myelinderived peptides can be expected to lead to the
development of an effective post-injury vaccination protocol as a strategy for the prevention of
complete paralysis after spinal cord injury.
La perte massive de neurones après lésion de la
moelle épinière est due en partie à des processus d'autodestruction induits par la blessure.
Nous avons rapporté que le transfert passif de
cellules-T auto-immunes spécifiques aux
antigènes de la myéline réduit cette perte et que
l'auto-immunité protectrice est suscitée
spontanément par la blessure. La capacité de
développer une auto-immunité post-traumatique
protectrice est inversement reliée à la
susceptibilité de développer une maladie autoimmune. En utilisant un modèle de lésion de la
moelle épinière par contusion chez le rat, nous
montrons que la protection auto-immune peut
être amplifiée par immunisation. Pour réduire le
risque d'auto-immunité pathogène tout en
maintenant le bénéfice de l'immunisation, nous
avons immunisé avec des peptides dérivés de la
myéline dont les propriétés pathogènes avaient
été atténuées. L'immunisation post-traumatique
avec de tels peptides a permis une amélioration
significative de la récupération, évaluée par
l'activité locomotrice, un marquage rétrograde
et l'IRM par diffusion-anisotropie. Nous
proposons que, tout comme la vaccination
conventionnelle avec un micro-organisme
atténué confère une immunité protectrice avec
risques réduits de maladies graves dues aux
pathogènes, la vaccination avec des auto-peptides modifiés confère une auto-immunité
protectrice, réduisant les dommages provoqués
par une lésion traumatique du SNC, avec un risque minime de maladie auto-immune
concomitante. Une optimisation plus poussée des
peptides non pathogènes dérivés de la myéline
devrait mener à l'élaboration d'un protocole
efficace de vaccination post-traumatique comme
stratégie de prévention d'une paralysie complète
après lésion médullaire.
26
Steeves, John D.
CORD (Collaboration On Repair Discoveries)
UBC (University of British Columbia)
6270 University Boulevard, Vancouver, BC, Canada, V6T 1Z4
[email protected]
Glial cell responses in neurotrauma: what
should be encouraged or discouraged?
Les réponses des cellules gliales aux
traumatismes neurologiques - lesquelles
encourager ou décourager?
Recent evidence suggests that the developmental appearance of myelin around an axon is a consolidating event that serves to restrict the degree
of adult axonal growth or re-growth. After spinal
cord injury of the adult rat cord, the combined
intraspinal infusion of a high affinity IgG antibody along with serum complement proteins has
been observed to target and direct the destruction of only CNS myelin within the damaged cord.
During the subsequent recovery period (1-2
months), axonal regeneration, with partial functional recovery, has been observed. If the application of this immunological treatment is delayed
for 1-2 months after spinal injury, some axonal
regeneration is still facilitated, although it may
be phenotypic specific. The demyelination of
spinal tissue is transient; re-myelination by oligodendrocyte progenitor cells has been observed
after the immunological protocol is terminated.
We have also assessed the infusion of GalC-antibody with human serum, deficient in particular
complement proteins. Removal of C3 protein,
common to classical and alternative complement
pathways, or C4 protein, a classical pathway protein, resulted in no demyelination. However, serum deficient in Factor B, an alternative pathway
protein, produced effective demyelination. Upon
removal of C5 or C6, membrane attack complex
proteins, demyelination was also observed. This
suggests that the classical pathway is sufficient
for the protocol to demyelinate the adult rat spinal cord.
Des données récentes suggèrent que l'apparition
ontogénique de la myéline autour d'un axone est
un événement de consolidation qui sert à
restreindre le degré de croissance ou de repousse
de l'axone mature. On a observé, après une lésion
de la moelle chez le rat adulte, que l'infusion
médullaire combinée d'un anticorps IgG à haute
affinité et des protéines sériques du complément
assure une destruction spécifique de la myéline
du SNC dans la moelle endommagée. Durant la
période de récupération subséquente (1-2 mois),
une régénération axonale, avec récupération
fonctionnelle partielle, a été observée. Si
l'application de ce traitement immunologique est
retardée de 1-2 mois après la lésion médullaire,
une certaine régénération axonale est encore
facilitée, bien qu'elle puisse être spécifique d'un
phénotype particulier. La démyélinisation du
tissu médullaire est transitoire; une remyélinisation par des précurseurs d'oligodendrocytes ayant été observée à la fin du
protocole immunologique. Nous avons aussi
évalué l'infusion d'anticorps anti-GalC dans du
sérum humain déplété de certaines protéines du
complément. La déplétion de la protéine C3,
commune aux voies classique et alternative du
complément, ou de la protéine C4, de la voie
classique, a résulté en une absence de
démyélinisation. Toutefois, un sérum déficient en
Facteur B, de la voie alternative du complément,
a produit une démyélinisation tangible. Sur
retrait de C5 ou C6, protéines du complexe
d'attaque membranaire, une démyélinisation a
aussi été observée. Ceci suggère que la voie
classique est suffisante, dans un protocole visant
une démyélinisation de la moelle épinière du rat
adulte.
27
Privat, Alain
Department of Neurosciences
University of California, San Diego
La Jolla, CA, USA, 92037-0626
858-534-8857
[email protected]
Menet, Véronique;
Gaviria, Manuel;
Gimenez y Ribotta.
Strategies for regeneration and repair in
spinal cord traumatic injury.
Stratégies visant à favoriser la
régénération et la réparation après lésion
traumatique de la moelle épinière.
We have developed three lines of research to improve the outcome of spinal cord traumatic injury.
1- Neuroprotection: A high affinity non-competitive antagonist of the NMDA receptor, GK11, has
demonstrated a significant protection in two in
vivo models of spinal cord injury in adult rats,
weight-drop and photochemical lesion. A clinical study carried in 300 injured patients treated
within 2 hours after the accident has shown some
improvement in patients with cervical incomplete
lesion.
2- Regeneration: In order to overcome the obstacle of the glial scar, we have generated mice
knock-out for the genes of GFAP and Vimentin.
Co-culture of wild type cortical neurons on KO
astrocytes have shown that the inactivation of
GFAP gene improves neuronal survival and
neuritogenesis. In vivo, in a thoracic hemisection
model, double KO mice exhibit a significant reduction of glial scarring, and sprouting of
monoaminergic axons.
3- Replacement grafting: We have transplanted,
below the level of a complete T7-T8 spinal cord
section in adult rat, a suspension or embryonic
raphe neurons. We have shown that when these
neurons reinnervate L2 L3 level, reflex locomotion on a treadmill can be elicited, likely by activating the CPG for locomotion. In conclusion,
an appropriate combination of the above described approaches, could contribute significantly to the improvement of the final functional
outcome of SCI. (Supported by IRME &
VERTICALE)
Nous avons développé 3 axes de recherche afin
d'améliorer les conséquences des traumatismes
à la moelle épinière.
1-Neuroprotection : Un antagoniste non
compétitif à haute affinité des récepteurs NMDA,
le GK11, s'est avéré un neuroprotecteur efficace
dans 2 modèles in vivo de lésion médullaire : une
contusion à l'aide d'un poids et une lésion
photochimique. Une étude clinique menée sur
300 patients traités dans les 2 heures suivant leur
accident a démontré certaines améliorations chez
les patients avec une lésion cervicale incomplète.
2-Régénération : Dans le but de surmonter
l'obstacle de la cicatrice gliale, nous avons généré
des souris «knock-out» (KO) pour les gènes du
GFAP et de la vimentine. La co-culture de
neurones corticaux normaux sur des astrocytes
KO a montré que l'inactivation du gène GFAP
améliorait la survie neuronale et la génération
de neurites. Dans un modèle in vivo
d'hémisection thoracique, les souris KO ont
montré une réduction significative des cicatrices gliales et une régénération des axones
monoaminergiques.
3- Greffe de remplacement : Nous avons
transplanté une suspension de neurones
embryonnaires du raphé sous le niveau d'une
section complète de la moelle (T7/T8), chez des
rats adultes. Nous avons montré que lorsque ces
neurones ré-innervent le niveau L2/L3, une locomotion réflexe peut être initiée sur tapis
roulant, probablement par l'activation du
générateur central de patterns locomoteurs. Une
combinaison appropriée des 3 approches
décrites pourrait contribuer à l'amélioration significative des conséquences liées aux lésions spinales. (Subventionné par IRME et VERTICALE).
28
Orsal, Didier
Laboratoire de Neurobiologie des Signaux Intercellulaires
Université Pierre et Marie Curie (Paris 6)
7 quai Saint Bernard Bat A, Paris, , France, F-75252
33 1 44 27 26 84
[email protected]
Locomotor recovery in adult spinal rats :
long term pharmacological treatment or
transplantation of embryonic neurons?
Récupération locomotrice chez le rat spinal
adulte : traitement pharmacologique
chronique ou transplantation de neurones
foetaux?
The possibility to obtain recovery in adult spinal
rats using neural transplantation is now well established. As the best results were obtained with
raphe embryonic cells, the recovery has been attributed to an effect of serotonin on appropriate
receptors. The 5-HT2 agonist quipazine has been
shown to be able to activate the CPG for locomotion of in vitro spinal cord of newborn rats. In
spinal animals, injections of this agonist allows
the occurrence of treadmill walking, but, interestingly, we have shown also that walking obtained in these conditions never reached the
quality of locomotion observed in intact animals
or even in spinal transplanted animals with raphe
cells. This result suggests that some other pharmacological systems might be involved in the
process of locomotor recovery when raphe neurons are transplanted in sublesional spinal cord.
In this talk various hypothesis (such as 5-HT acting on 5-HT1A receptors, the involvement of
noradrenaline or neuropeptides) will be reviewed
and discussed : in order to evaluate the opportunities of using pharmacological treatments as an
alternative to neural transplantation.
Acknowledgements to IRME and CRPF for financial support
La possibilité d'obtenir une récupération chez des
rats adultes spinalisés par la transplantation
neurales est maintenant bien établie. Comme les
meilleurs résultats ont été obtenus avec des cellules embryonnaires du raphé, la récupération a
été attribuée à un effet de la sérotonine sur les
récepteurs appropriés. Il a été démontré que la
quipazine, un agoniste 5-HT2, était capable
d'activer le générateur central de patterns (CPG)
locomoteurs dans la moelle épinière de rats
nouveau-nés, in vitro. Chez les animaux
spinalisés, l'injection de cet agoniste a aussi
permis d'obtenir une marche sur tapis roulant,
mais nous avons aussi démontré que la marche
obtenue dans ces conditions n'atteignait jamais
la qualité de locomotion observée chez des
animaux intacts ou chez des animaux spinalisés
ayant reçu des transplants de cellules du raphé.
Ce résultat suggère que d'autres systèmes
pharmacologiques pourraient être impliqués
dans le processus de récupération locomotrice,
lorsque les neurones du raphé sont transplantés
dans la moelle épinière partiellement lésée. Dans
cet exposé, diverses hypothèses (comme la 5-HT
agissant sur les récepteurs 5-HT1A, ou une implication de la noradrénaline ou de neuropeptides) seront revues et discutées dans le but
d'évaluer l'opportunité d'utiliser des traitements
pharmacologiques comme alternatives à la transplantation neurale. Subventionné par l'IRME et
le CRPF.
29
McKerracher, Lisa
Département de pathologie et biologie cellulaire
C.P. 6128, succursale Centre-ville, Montréal, Québec, Canada, H3C 3J7
514-343-7776
[email protected]
Strategies to overcome growth inhibition:
the use of Rho antagonists.
Stratégies visant à contrer l'inhibition de la
croissance axonale : utilisation
d'antagonistes de Rho.
Rho family GTPases are important in the regulation of axon growth and regeneration. We have
investigated the use of Rho antagonists to overcome growth inhibition and promote axon regeneration after spinal cord injury in adult mice. We
have tested C3 toxin from C. botulinum, and a
new cell permeable C3 construct for their ability to promote axon regeneration. We applied Rho
antagonists directly to the site of injury after
dorsal hemisection of the spinal cord. Behavioral
recovery was followed for 1 month and assessed
by the BBB scale. Two days before perfusion of
the animals with fixative, the corticospinal tract
(CST) axons were anterogradely labeled with
WGA-HRP, and then the spinal cord and brain
were removed. The application of Rho antagonists to injured spinal cord promoted both shortterm and long-term functional recovery of locomotion. Moreover, both local sprouting and longdistance regeneration of CST axons was observed
in sections of spinal cord from treated animals.
Analysis of mRNA levels by in situ hybridization
in motor cortex of treated animals showed that
Rho antagonists elicited GAP43 expression.
These studies indicate that inactivation of Rho
is a successful strategy to promote axon regeneration and functional recovery after spinal cord
injury. (Supported by CIHR, NSERC and FCAR).
Les GTPases de la famille de Rho jouent un rôle
important dans la régulation de la croissance
axonale et de la régénération. Nous avons testé
l'utilisation d'antagonistes de Rho pour contrer
l'inhibition de la croissance axonale et
promouvoir la régénération axonale après lésion
médullaire chez la souris adulte. Nous avons testé
le potentiel promoteur de régénération axonale
de la toxine C3 de C. botulinum, de même que
de nouvelles constructions de C3 perméables à
la membrane cellulaire. Nous avons appliqué ces
antagonistes de Rho directement au site d'une
lésion par hémisection dorsale de la moelle. La
récupération comportementale a été évaluée pendant 1 mois selon l'échelle BBB. Deux jours avant
la perfusion des animaux avec des fixateurs
histologiques, en vue de récupérer le cerveau et
la moelle, les axones du faisceau corticospinal
(CST) ont été marqués par transport antérograde
de WGA-HRP. L'application d'antagonistes de
Rho à la moelle lésée a favorisé une récupération
à court et à long terme de la locomotion. De plus,
on a observé à la fois un bourgeonnement local
et une régénération à longue distance des axones
CST dans les coupes de moelle des animaux
traités. L'analyse des niveaux de mRNA, par
hybridation in situ dans le cortex moteur des
animaux traités a montré une induction de
l'expression de GAP-43 par les antagonistes de
Rho. Ces études indiquent que l'inactivation de
Rho constitue une avenue prometteuse pour la
promotion de la régénération axonale et la
récupération fonctionnelle après LMÉ.
(Subventionné par les IRSC, le CRSNG et le
FCAR).
30
Horner, Philip J.
Department of Genetics
The Salk Institute
10010 N. Torrey Pines Rd., La Jolla, CA, USA, 92037
858-453-4100, ext. 1035
[email protected]
Shihabuddin, Lamya;
Gage, Fred.
Stem cells in the intact adult spinal cord:
an untapped resource for repair?
Cellules souches de la moelle épinière
adulte: un potentiel à explorer pour la
réparation?
The adult spinal cord contains an active progenitor population that serves as a source for glial
cell replacement throughout life. Clonal populations of these cells are primarily restricted to
the lateral aspect of the spinal cord and can be
activated in situ by known progenitor cell mitogens. The majority (50%) of dividing cells in the
spinal cord express the immature glial marker
NG-2 early after cell division. Four weeks after
cell division, NG-2 expression decreases and the
presence of mature astrocyte and oligodendrocyte immunohistochemical markers begins to
increase. These data suggest that a rapidly dividing, immature progenitor cell exists in the lateral
adult spinal cord, perhaps distinct from that of
the ependyma. This cell population exhibits limited migration, and serves as a source for relatively robust glial turnover. Despite an absence
of neuron replacement in the adult spinal cord,
stem cells isolated and cloned from this region
can be induced to differentiate into neurons in
vitro. In addition, once cultured and grafted into
neurogenic regions of the CNS they form mature, region specific, neurons. Finally, progenitor cell proliferation and differentiation can be
experimentally controlled with growth factors
such as FGF, EGF, and NT-3. A further understanding of how spinal cord stem cells can be
controlled in vivo may yield insight into therapeutic approaches for spinal cord repair. Supported by CRPF, The Lookout Fund, NINDS-NO1NS62348, and NINDS-NS-6-2348.
La moelle épinière adulte contient une population active de cellules progénitrices servant au
remplacement des cellules gliales tout au long
de la vie. Les populations à la source de ces cellules sont localisées dans la portion latérale de
la moelle et peuvent être activées in situ par des
mitogènes connus des cellules progénitrices. La
majorité (50%) des cellules en division dans la
moelle expriment le marqueur glial immature
NG-2 tôt après la division. Quatre semaines après
la division cellulaire, l'expression de NG-2
diminue et la présence de marqueurs
immunohistochimiques d'astrocytes et d'oligodendrocytes matures augmente. Ces données
suggèrent que des cellules progénitrices
immatures à division rapide existent dans la
moelle épinière latérale adulte, peut-être
distinctes des cellules progénitrices de
l'épendyme. Cette population cellulaire montre
une migration restreinte et sert de source au
renouvellement assez robuste des cellules gliales.
Malgré l'absence de renouvellement de neurones
dans la moelle adulte, des cellules souches isolées
et clonées à partir de cette région peuvent être
induites à se différencier en neurones in vitro.
De plus, après passage en culture et greffe dans
des régions neurogéniques du SNC, ces cellules
forment des neurones matures spécifiques de la
région d'implantation. Enfin, la prolifération et
la différentiation de cellules progénitrices
peuvent être contrôlées expérimentalement avec
des facteurs de croissance comme FGF, EGF et
NT3. Une compréhension plus approfondie des
moyens de contrôler les cellules souches de la
moelle in vivo pourraient apporter un éclairage
sur approches thérapeutiques visant la réparation
des lésions médullaires. Subventionné par CRPF,
The Lookout Fund, NINDS-NO1-NS62348 et
NINDS-NS-6-2348.
31
Bunge, Mary Bartlett
The Miami Project to Cure Paralysis
University of Miami School of Medicine
1095 NW 14th Terrace, Miami, Florida, USA, 33136
305-243-4596
[email protected]
Takami, T.;
Oudega, M.;
Marcillo, A.E.;
Wood, P.M.
Schwann cell and olfactory ensheathing
glia transplantation into contused adult rat
thoracic spinal cord.
Transplantation de cellules de Schwann et
de glie enveloppante olfactive à l'intérieur
de la moelle épinière thoracique lésée chez
le rat adulte.
We compared the effects of Schwann cell (SC)
and olfactory ensheathing glia (OEG) transplants
on the repair of contusion injury. SCs and/or
OEG suspended in culture medium were injected
into a contusion cavity that had formed one week
after moderate injury (NYU impactor) at vertebra T8. Control rats received culture medium
only. Generally, at 12 wk after injury, transplanted
cells were integrated with host spinal cord. SC
transplants contained more myelinated axons
than OEG transplants. Electron microscopic
analysis revealed that transplanted OEG appeared unhealthy, whereas transplanted SCs myelinated axons extensively in the graft. Tracing
analysis demonstrated that the number of axons
descending from rostral spinal cord and
brainstem to a few millimeters beyond the graft
was significantly higher in SC transplants than
in the control; this may be due to improved preservation rather than regeneration. Corticospinal
tract axons ended significantly closer to the lesion epicenter with SC and/or OEG transplants,
but they did not regenerate extensively into the
graft or the distal cord. BBB testing showed modest, but significant, functional recovery only in
the SC transplant group at 8-10 wk after injury
compared with control rats. Our results indicate
that SC transplants provide a better graft for repair of contused spinal cord than OEG transplants under the experimental conditions employed in this study. (Christopher Reeve Paralysis Foundation, NIH NS 09923, Miami Project).
Nous avons comparé les effets de transplants de
cellules de Schwann (SC) et de glie enveloppante
olfactive (OEG) sur la réparation d'une lésion par
contusion de la moelle. Les SC et/ou OEG en
suspension dans un milieu de culture ont été
injectées à l'intérieur de la cavité, formée une
semaine après une lésion par contusion modérée
(impacteur NYU) au niveau vertébral T8. Les rats
témoins ont reçu le milieu de culture seul. En
général, 12 semaines après la lésion, les cellules
transplantées étaient intégrées dans la moelle
épinière de l'hôte. Les transplants SC contenaient
plus d'axones myélinisés que les transplants OEG.
Une analyse en microscopie électronique a révélé
que les OEG transplantées semblaient être en
mauvais état, tandis que les SC ont myélinisé les
axones dans la greffe de manière extensive. Le
traçage axonal a démontré que le nombre
d'axones descendant de la moelle épinière
rostrale et du tronc cérébral, jusqu'à quelques
millimètres au-dessous de la greffe, était
significativement plus élevé dans les transplants
SC que chez les témoins; ce qui pourrait être dû
à une meilleure préservation plutôt qu'à de la
régénération. Les axones du faisceau corticospinal se sont rendus plus près de l'épicentre de la
lésion avec les transplants SC et/ou OEG, mais
ils ne se sont pas régénérés considérablement à
l'intérieur de la greffe ou dans la moelle distale.
Les tests BBB ont démontré une récupération
fonctionnelle modeste, mais significative,
seulement dans le groupe avec transplants SC,
8-10 semaines après la lésion. Nos résultats
indiquent que les transplants SC donnent lieu à
une meilleure greffe pour la réparation de la
moelle épinière lésée que les transplants OEG,
dans les conditions expérimentales de cette
étude. (Christopher Reeve Paralysis Foundation,
NIHNS O9923, Miami Project).
32
Bregman, Barbara S.
Georgetown University Medical Center
3970 Reservoir Road NW, Washington, DC, USA, 20007-2597
202-687-6901
[email protected]
Transplants and neurotrophic factors increase regeneration and recovery of function after spinal cord injury.
Les transplants et les facteurs neurotrophiques augmentent la régénération et la
récupération fonctionnelle après une
lésion médullaire.
After axotomy in the mature CNS, both intrinsic
neuronal and extrinsic environmental factors
contribute to the lack of axonal regeneration.
After spinal cord lesions at birth, transplants support the regrowth of supra-spinal axons and recovery of both locomotion and skilled forelimb
function. In the adult lesioned spinal cord, while
supra-spinal axons regrow into the transplants,
their projection is spatially restricted. We have
shown that after spinal cord injury in the adult,
neural tissue transplants provide a favorable terrain for axonal elongation at the injury site, and
neurotrophic factors increase the intrinsic neuronal capacity for regrowth. After spinal cord
transection at T6, transplants and neurotrophic
factors restore supra-spinal projections across the
injury site, contributing to recovery of locomotion. When transplant and neurotrophic factor
application is delayed 2-4 weeks after injury,
there is even greater axonal growth and recovery
of function than after immediate transplantation.
After C3 spinal cord hemisection, transplants and
neurotrophic factors support both regrowth and
recovery of skilled forelimb movement, which
involves a far more complex neuronal circuitry
than that underlying locomotion. The regrowth
of specific pathways throughout the transplant,
and reorganization of CNS pathways above and
below the injury site contribute to this recovery.
(Supported by NIH NS 19259, 27054 and the International Spinal Research Trust).
Après axotomie dans le SNC mature, des facteurs
neuronaux intrinsèques et environnementaux
extrinsèques contribuent à l'absence de
régénération axonale. Après lésion de la moelle
épinière (LMÉ) à la naissance, des transplants
supportent la repousse d'axones supraspinaux
ainsi que la récupération des fonctions de locomotion et de dextérité du membre antérieur. Dans
la moelle lésée chez l'adulte, les axones
supraspinaux repoussent dans des transplants
mais leurs projections y sont spatialement
restreintes. Nous avons démontré qu'après LMÉ
chez l'adulte, des transplants de tissu neural
procurent un substrat propice à une élongation
axonale au site de lésion et que des facteurs
neurotrophiques augmentent la capacité
neuronale intrinsèque pour la repousse. Après
section transverse de la moelle à T6, les transplants et facteurs neurotrophiques rétablissent
les projections supraspinales à travers le site de
lésion, contribuant à la récupération de la locomotion. Un délai post-lésionnel de 2-4 semaines,
avant la transplantation et l'application de
facteurs neurotrophiques, favorise même une
croissance axonale et une récupération
fonctionnelle plus grandes qu'une transplantation immédiate. Après hémisection de la moelle
en C3, les transplants et les facteurs neurotrophiques supportent une repousse axonale et
une récupération des mouvements fins du
membre antérieur, ce qui implique un réseau
neuronal beaucoup plus complexe que celui qui
sous-tend la locomotion. La repousse de voies
spécifiques à travers le transplant et la
réorganisation des voies du SNC au-dessus et audessous du site de lésion contribuent à cette
récupération. (Subventionné par le NIH NS 19259,
27054 et le International Spinal Research Trust).
33
Vidal-Sanz, Manuel
Department of Ophtalmology
University of Murcia
E-30.100 Espinardo, Murcia, , Espagne,
34 968 36 39 61
[email protected]
Avilés-Trigueros, Marcelino;
Whiteley, Simon O.;
Sauvé, Yves;
Lund, Raymond D.
Reinnervation of the pretectum in adult
rats by regenerated retinal ganglion cell
axons: anatomical and functional studies.
Réinnervation du prétectum chez le rat
adulte par les axones régénérés de cellules
ganglionnaires de la rétine: études
anatomiques et fonctionnelles.
Specificity of reinnervation and terminal arborization of injured retinal ganglion cell (RGC)
axons was analyzed in the brainstem. In addition,
functional reinnervation of the olivary pretectal
nucleus (OPN) was analyzed with pupillometry
techniques. In adult rats, the left optic nerve was
transected and a segment of peripheral nerve
(PN) graft was used to bridge the retina with different regions of the ipsilateral brainstem, including the superior colliculus. After 4-13 months,
regenerated RGC axons were investigated in coronal sections stained for cholera toxin B subunit.
In 1/3 of the experiments, RGC axons extended
into the ipsilateral brainstem for distances of up
to 6 mm. Within the pretectum axons innervated
preferentially the OPN and the nucleus of the
optic tract, and formed two types of terminal arbors. Within the SC axons extended laterally into
the visual layers and formed a different type of
arborization. The pupillary light reflex was observed in 1/2 of the animals and in the best cases,
the response was comparable to that recorded
from control intact animals. The amplitude of the
response tended to diminish with repeated stimulus and also appeared to deteriorate with age, but
was observed in 3 out of 6 animals analyzed 15
months after PN-grafting. These results indicate
that regenerating RGC axons can selectively
reinnervate denervated retino-recipient nuclei
where they form typical terminal arborizations,
and restore a pupillary light reflex function.
La spécificité de réinnervation et d'arborisation
terminale des axones lésés des cellules
ganglionnaires de la rétine (RGC) a été analysée
dans le tronc cérébral. De plus, la réinnervation
fonctionnelle du noyau olivaire prétectal (OPN)
a été analysée par pupillométrie. Chez les rats
adultes, le nerf optique gauche a été sectionné
et la greffe d'un segment de nerf périphérique
(PN) a été utilisée pour raccorder la rétine et les
différentes régions du tronc cérébral ipsilatéral,
incluant le colliculus supérieur (SC). Après 4-13
mois, les axones RGC régénérés ont été examinés
dans des coupes coronales marquées pour la
sous-unité B de la toxine du choléra. Dans 1/3
des expériences, les axones RGC se sont déployés
dans le tronc cérébral ipsilatéral, jusqu'à 6mm
de distance. Dans le prétectum, les axones ont
préférentiellement innervés le OPN et le noyau
du tractus optique et ont formé 2 types
d'arborisations terminales. À l'intérieur du SC,
les axones se sont étendus latéralement dans les
couches visuelles et ont formé un autre type
d'arborisation. Le réflexe pupillaire à la lumière
a été observé dans la 1/2 des animaux et, dans
les meilleurs cas, la réponse était comparable à
celle des animaux intacts. L'amplitude de la
réponse avait tendance à diminuer avec des simulations répétées et semblait se détériorer avec
l'âge, mais elle a été observée dans 3 des 6
animaux analysés 15 mois après la greffe de PN.
Ces résultats indiquent que les axones RGC
régénérés peuvent réinnerver sélectivement les
cibles dénervées de la rétine, dans lesquelles ils
forment des arborisations terminales typiques, et
restaurent la fonction réflexe pupillaire à la
lumière.
34
Schwab, Martin E.
Dept. Neuromorphology of the Brain Research Institute,
University of Zurich and Swiss Federal Institute of Technology Zurich
Winterthurerstrasse 190, Zurich, ZH, Switzerland, 8057
0041 1 635 33 30
[email protected]
Enhancing regeneration and plasticity by
antibodies against NOGO-A.
Augmentation de la régénération et de la
plasticité par des anticorps dirigés contre
NOGO-A.
Antibodies against the potent neurite growth inhibitory protein NOGO-A (formerly NI-220/250)
were applied by hybridoma cell transplantation
or minipumps to spinal cord lesioned adult rats.
NOGO antibody infused animals showed a massive enhancement of sprouting and regeneration
of transected corticospinal tract fibers in the
lower thoracic spinal cord, a picture resembling
closely the results obtained in earlier experiments
with the mAB IN-1 against NI-250. In vitro, all
these antibodies greatly reduce the neurite
growth inhibitory activity of a CNS myelin protein substrate for PC12 or DRG neurites. An extensive behavioral analysis has been conducted
in spinal cord lesioned or pyramidal tract
lesioned (brain stem level) rats using mAB IN-1.
The results show a high degree of functional recovery. Tracing of spared fibers of the corticospinal or rubrospinal tract showed extensive sprouting of these axons above and below the lesion,
including crossing of the midline and innervation of contralateral structures (red nucleus,
pons, spinal cord). We conclude that neutralization of NOGO-A induces a level of plasticity and
capacity for regeneration and functional repair
in adult animals which is normally only seen at
early postnatal stages.
Des anticorps contre la protéine NOGO-A (NI220/250), un inhibiteur de la croissance des
neurites, ont été appliqués par transplantation
d'hybridomes ou minipompes, à des rats ayant
subi une lésion de la moelle épinière (LMÉ). Les
animaux ayant reçu l'anticorps anti-NOGO ont
montré une augmentation massive du bourgeonnement et de la régénération des fibres
sectionnées du tractus corticospinal dans la
moelle épinière (MÉ) thoracique inférieure. Des
résultats semblables ont été obtenus lors
d'expériences antérieures avec l'anticorps mAB
IN-1, dirigé contre NI-250. In vitro, tous ces
anticorps ont réduit l'activité inhibitrice d'un
substrat de protéines de la myéline du SNC sur
la croissance des neurites de cellules GRD ou
PC12. Une analyse comportementale a été
effectuée chez des rats ayant subi une LMÉ ou
une lésion du tractus pyramidal (au niveau du
tronc cérébral) traités avec mAB IN-1. Les
résultats ont montré un haut niveau de
récupération fonctionnelle chez ces animaux. Le
traçage des fibres du tractus corticospinal ou
rubrospinal épargnées a montré un bourgeonnement important des axones des deux cotés de
la lésion, incluant le croisement de la ligne
médiane et l'innervation de structures
controlatérales (noyau rouge, pont, MÉ). En conclusion, la neutralisation de NOGO-A induit chez
des animaux adultes un niveau de plasticité et
une capacité de régénération et de réparation
fonctionnelle qui, en temps normal, ne sont
observés qu'à des stades postnataux précoces.
Tuesday/Mardi— 08h30
35
McDonald, John W.
Department of Neurology, Campus Box 8111
Washington University School of Medicine
660 S. Euclid Ave, St. Louis, MO, USA, 63110
314-454-7510
[email protected]
Repairing the damaged spinal cord: what
is doable?
Réparation de la moelle épinière
endommagée: qu'est-ce qui est réalisable?
Remyelination is a pragmatic approach to restoration of limited but important neurologic function in the injured CNS. Following traumatic spinal cord injury (SCI), a variable rim of white matter typically remains at the injury site. Some of
the axonal connections remaining intact do not
function properly consequent to segmental demyelination. There is also a protracted wave of
oligodendrocyte death distant from the injury site
that likely contributes to dysfunction. Maximizing function of existing circuits via remyelination
is doable repair strategy. The endogenous progenitor response is not adequate and transplantation is a useful approach to replacing oligodendrocytes lost after injury. Recent studies utilizing embryonic stem (ES) cells as a source of
transplantable glial precursor cells to repair the
injured spinal cord will be discussed. ES cells are
pluripotent cells, capable of indefinite replication, and harboring considerable genetic flexibility. We have examined and optimized methods
for enriching oligodendrocyte differentiation
from ES cells. ES cell derived oligodendrocytes
are capable of rapid differentiation and myelination in mixed neuronal/glial cultures. When
transplanted into the injured spinal cord of adult
rodents, the neural induced precursor cells are
capable of differentiating into oligodendrocytes
and myelinating host axons. The role of myelination and remyelination will be discussed in the
context of regeneration strategies.
La re-myélinisation est une approche
pragmatique pour la restauration d'une fonction
neurologique limitée mais importante du SNC
lésé. Après une lésion traumatique à la moelle
épinière (LMÉ), une lisière variable de matière
blanche demeure typiquement au site de lésion.
Certaines des connexions axonale demeurées
intactes ne fonctionnent pas correctement à
cause d'une démyélinisation segmentaire. Il y a
aussi une vague prolongée de mort
d'oligodendrocytes, à distance du site de lésion,
qui contribue vraisemblablement à la
dysfonction. La maximisation de la fonction des
circuits existants, via une re-myélinisation,
constitue une stratégie de réparation
envisageable. La réponse des précurseurs
endogènes n'étant pas adéquate, la transplantation pourrait être une approche permettant de
remplacer les oligodendrocytes perdus par suite
de la lésion. Des études récentes, utilisant des
cellules souches embryonnaires (CSE) comme
source de précurseurs de cellules gliales
transplantables, afin de réparer la moelle lésée,
seront présentées. Les CSE sont des cellules
pluripotentes, capables de réplication infinie et
possédant une plasticité phénotypique
considérable. Nous avons optimisé les méthodes
afin d'augmenter le taux de différenciation
d'oligodendrocytes à partir de CSE. Les oligodendrocytes dérivés de CSE sont capables de
différenciation rapide et de myélinisation dans
des cultures mixtes neurones/glie. Lorsque
transplantés dans la moelle lésée de rongeurs
adultes, les précurseurs induits par le tissu
nerveux peuvent se différencier en oligodendrocytes et myéliniser les axones de l'hôte. Le rôle
de la myélinisation et de la re-myélinisation sera
discuté dans le contexte des stratégies de
régénération.
36
Tuesday/Mardi — 09h00
Silver, Jerry
Department of Neurosciences,
Case Western Reserve University
Cleveland, Ohio, USA, 44106
216-368-2150
[email protected]
A robust potential for axonal regeneration
exists in the injured mammalian spinal
cord.
Un fort potentiel de régénération axonale
existe dans la moelle épinière lésée des
mammifères.
We have developed a strategy to micro-transplant
adult DRG into the spinal cord dorsal columns
of adult rats. Our goal was to determine whether
white matter could allow the regeneration of sensory axons if glial scarring at the site of transplantation was minimized. Also, we wished to
learn whether pre-lesioning of the dorsal column
white matter in order to create a massive
Wallerian degeneration rostrally would still allow
for regeneration of axons within the degenerating tract. Thus, adult GFP+ transgenic mouse
neurons were placed into the area of Wallerian
degeneration rostral to the injury site of the adult
rat. We have found that regeneration of axons
from adult DRG cells placed gently into the prelesioned adult spinal cord white matter is massive. The axons grow rapidly at about 1 mm per
day in both directions, rostrally and caudally,
from the transplant site along reactive astrocytes
within the degenerating white matter. In addition, we have seen many terminal collaterals
within the gray matter of the spinal cord dorsal
horns along the route of regeneration. In all cases
and at all times after injury (up to 9 months),
when the regenerating axons reach the lesion site
itself, and even though they have been regenerating within the degenerating CNS white matter
compartment, they stop within the gliotic lesion
where their tips become dystrophic as they enter a field of intense proteoglycan deposition, an
inhibitory ECM component.
Nous avons développé une stratégie de
microtransplantation de ganglions rachidiens
(DRG) adultes dans les colonnes dorsales de la
moelle épinière de rats adultes. Notre but était
de déterminer si la matière blanche pouvait
permettre la régénération d'axones sensoriels
lorsque la cicatrice gliale au site de transplantation était minimisée. Nous désirions en outre
savoir si une pré-lésion de la matière blanche des
colonnes dorsales visant à créer rostralement une
dégénérescence Wallerienne massive permettrait
encore la régénération axonale. Ainsi, des
neurones adultes de souris transgéniques GFP+
ont été implantés dans la région de
dégénérescence Wallerienne, rostralement au site
de lésion chez le rat adulte. Nous avons observé
une régénération massive des axones provenant
des cellules DRG adultes placées délicatement
dans la matière blanche de la moelle épinière
adulte pré-lésée. Les axones ont crû rapidement
à environ 1 mm/jour dans les deux directions,
rostralement et caudalement à la greffe, le long
d'astrocytes réactifs dans la matière blanche en
dégénérescence. De plus, nous avons vu plusieurs
collatérales terminales dans la matière grise des
cornes dorsales de la moelle épinière, le long de
la voie de régénération. Dans tous les cas et à
tous les temps après la lésion (jusqu'à 9 mois),
quand les axones en régénération ont atteint le
site de lésion, et bien qu'ayant régénéré dans le
compartiment de matière blanche du SNC en
dégénérescence, ils se sont arrêtés dans la lésion
gliotique, où leur extrémité est devenue
dystrophique en pénétrant une zone de dépôt
intense de protéoglycanes, un composant
inhibiteur de la matrice extracellulaire.
37
David, Samuel
Center for Research in Neuroscience
Montreal General Hospital Research Institute
1650 Cedar Ave.,, Montreal, Quebec, Canada, H3G 1A4
514-937-6011
[email protected]
Recruiting the immune response to neutralize axon growth inhibitors and promote regeneration in the adult mammalian
CNS.
Recrutement de la réponse immunitaire afin
de neutraliser les inhibiteurs de la croissance
axonale et de favoriser la régénération dans
le SNC des mammifères adultes.
Axon growth inhibitors associated with myelin
block neurite growth and axon regeneration.
Some of these inhibitors have been identified and
other inhibitory activities have yet to be characterized. We have used both active and passive
immunization approaches to block these inhibitors to promote long distance axon regeneration.
In the active immunization approach adult mice
were immunized with purified myelin or myelinrich tissue in incomplete Freund's adjuvant for
3 weeks prior to a spinal cord dorsal hemisection. Anterograde and retrograde labeling techniques showed long distance regeneration of a
substantial number of corticospinal fibers. Similarly, anterograde labeling via the sciatic nerve
showed long distance regeneration of ascending
sensory fibers. This effect is mediated via blocking antibodies, although contribution of other
effects cannot be ruled out. In the passive immunization approach, mice received an intraperitoneal injection of anti-myelin mouse antiserum within 30 minutes after a spinal cord dorsal hemisection and treated again 7 days later.
Long distance regeneration of the corticospinal
tract was detected 3 weeks later. The large number of axons that regenerate is likely due to the
blocking of multiple myelin-associated inhibitors.
These vaccine approaches show that blocking
myelin-associated inhibitors can promote regeneration of long fiber tracts.
Les inhibiteurs de croissance axonale associés à
la myéline bloquent la croissance des neurites et
la régénération axonale. Certains de ces
inhibiteurs ont été identifiés mais d'autres
activités inhibitrices restent encore à caractériser.
Nous avons utilisé l'immunisation active et passive pour bloquer ces inhibiteurs et favoriser la
régénération axonale. Dans l'immunisation active, des souris adultes ont été injectées avec de
la myéline purifiée, ou avec une suspension de
tissus riche en myéline dans l'adjuvant incomplet
de Freund durant 3 semaines avant une
hémisection dorsale de la moelle. Des marquages
rétro- et antérogrades ont montré une
régénération substantielle des fibres
corticospinales sur de longues distances. De la
même façon, un marquage antérograde via le nerf
sciatique a montré une régénération des fibres
sensorielles ascendantes sur de longues distances. Ces effets étaient médiés par l'action
bloquante des anticorps, bien que la contribution d'autres facteurs ne puisse être écartée. Pour
l'immunisation passive, des souris ont reçu une
injection intra-péritonéale d'antisérum murin
anti-myéline dans les 30 min suivant
l'hémisection dorsale de la moelle et ont été
traitées de nouveau 7 jours après la lésion. Trois
semaines plus tard, la régénération axonale des
fibres corticospinales a été constatée. Le grand
nombre d'axones qui se régénèrent est
probablement dû au blocage des multiples
inhibiteurs associés à la myéline. Ces approches
par vaccination montrent que le blocage des
inhibiteurs associés à la myéline peut promouvoir
la régénération des fibres des longues voies de
projection.
38
Fawcett, James
Cambridge University Centre for Brain Repair
Downing Street, Cambridge, , England, CB2 3EG
44-1223-333854
[email protected]
Inhibition of axon regeneration at glial
scars and boundaries.
Inhibition de la régénération axonale au
niveau des cicatrices gliales et des limites
régionales.
The glial scar inhibits axon regeneration after
CNS injury. Various lines of evidence suggest that
the main inhibitory molecules in the glial scar
are chondrointin sulphate proteoglycans. Of
these molecules, neurocan, NG2, versican,
brevican and phosphacan have been shown to
have axon growth inhibitory properties, and are
upregulated after CNS injury. The proteoglycans
are produced not only by astrocytes, the main
cell type of the mature glial scar, but also by oligodendrocyte precursors which are recruited and
activated in CNS injuries, and by invading
meningeal cells. Treatments that have been successful in partially removing inhibition from glial
scar tissue are chondroitinase ABC, killing of dividing cells with cytosine arabinoside and killing all CNS glia with ethidium bromide. In addition to the inhibitory molecules produced by the
glial scar, regenerating axons are stopped by barriers at which they are unable to grow from one
glial cell type onto another. Thus invading
meningeal cells produce a barrier that few axons
will cross. These barriers can be modelled in vitro,
where axons are unwilling to grow from astrocytes
onto meningeal cells, or from Schwann cells onto
astrocytes. The ability of axons to cross these
barriers can be enhanced by increasing cAMP
levels, or by blocking Rho.
La cicatrice gliale inhibe la regénération axonale
suite à une lésion du SNC. Des données
guggèrent que les principales molécules
inhibitrices produites par les cicatrices gliales
sont les protéoglycans à chondroitine sulphate
(PCS). De ces molécules, neurocan, NG2,
versican, brevican et phosphacan sont des
inhibiteurs de la croissance axonale et sont
régulées à la hausse suite à une lésion du SNC.
Les PCS ne sont pas seulement produits par les
astrocytes, le principal type de cellule formant la
cicatrice gliale mature, mais aussi par les
oligodentrocytes précurseurs, recrutés et activés
par les lésions au SNC, ainsi que par les cellules
des meninges qui envahissent ces tissus. Les
traitements enlevant partiellement l'inhibition de
la cicatrice gliale sont: les chondroitinases ABC,
l'arabinoside cytosine qui tue les cellules en division et le bromide d'éthidium, qui tue toutes
les cellules gliales du SNC. En plus des molécules
inhibitrices produites par la cicatrice gliale, les
axones en regénération sont arrêtés par des
barières où ils ne peuvent plus croître d'une cellule gliale à l'autre. Ainsi, les cellules des
meninges qui ont envahi la cicatrice produisent
une barrière que peu d'axones traverseront. Ces
barrières peuvent être modélisées in vitro dans
un système ou les axones ne poussent pas des
astrocytes vers les cellules des meninges, ou des
cellules de Schwann vers les astrocytes. La
capacité des axones à traverser ces barrières peut
être augmentée en élevant les niveaux d'AMPc
ou en bloquant Rho.
39
Filbin, Marie T.
Department of Biology
Hunter College, City University of New York
695 Park Ave., New York, NY, USA, 10021
212-772-5270
[email protected]
Mechanisms to overcome inhibitors of
regeneration in myelin: taking cues from
development and injury.
Mécanismes visant à surmonter les inhibiteurs myéliniques de la régénération: indices
tirés du développement et des lésions.
Inhibitors in myelin are major factors in the lack
of regeneration of adult CNS axons. One such
inhibitor is MAG. As a bifunctional molecule MAG
promotes axonal growth from young neurons but
inhibits regeneration from the same neurons
when older. Likewise, neurons switch their response to myelin in general and also their ability
to regenerate; young neurons grow on myelin and
regenerate in vivo while older neurons are inhibited by myelin and do not regenerate. If the neuronal cAMP levels are raised, inhibition to both
MAG and myelin is blocked. Furthermore, the
ability of young neurons to grow on MAG/myelin and to spontaneously regenerate in vivo, is
blocked by an inhibitor of protein kinase A. Consistent with this, the cAMP levels of young neurons are 3-fold higher than their older counterparts. Also it is known that a lesion to the peripheral axon of a DRG neuron prior to lesioning
its dorsal column axons, allows CNS regeneration. One day after a peripheral lesion, the cAMP
in DRG has doubled and MAG/myelin does not
inhibit outgrowth. However, 1 week after a peripheral lesion, cAMP levels have dropped to control but MAG/myelin still does not inhibit growth.
Injection of db-cAMP directly into DRG, with no
peripheral lesion, 1 week later, results in growth
on MAG/myelin and regeneration of lesioned
dorsal column axons in vivo. Together, this shows
that activating cAMP pathways is a general
mechanism to overcome inhibitors in myelin and
encourage regeneration after injury.
Les inhibiteurs dans la myéline sont des facteurs
majeurs du manque de régénération axonale dans
le SNC adulte. En tant que molécule
bifonctionnelle, la MAG favorise la croissance
axonale des jeunes neurones, mais inhibe celle
des neurones matures. Aussi, les neurones
changent leur réponse à la myéline ainsi que leur
habilité à se régénérer avec l'âge; les jeunes
neurones croissent sur la myéline and régénèrent
in vivo tandis que les neurones matures sont
inhibés par la myéline et ne régénèrent plus. Si
les niveaux neuronaux d'AMPc sont élevés,
l'inhibition par la MAG ou la myéline est bloquée.
De plus, la capacité des jeunes neurones à croître
sur MAG/myéline et à régénérer spontanément
in vivo est bloquée par un inhibiteur de la
protéine kinase A. De manière conséquente, les
niveaux d'AMPc des jeunes neurones sont 3 fois
plus élevés que ceux des neurones plus matures.
Il est connu que la lésion préalable de l'axone
périphérique des neurones ganglionnaires
rachidiens, permet la régénération de la branche
axonale centrale après lésion des colonnes dorsales de la moelle. Or, un jour après une lésion
périphérique, l'AMPc a doublé dans les ganglions rachidiens et MAG/myéline n'inhibent plus
la croissance axonale. Toutefois, une semaine
après une lésion périphérique, alors que les taux
d'AMPc sont retombés au niveau de base, MAG/
myéline n'inhibent toujours pas la croissance
axonale. Cependant, une semaine après
l'injection de dbAMPc, directement dans les ganglions rachidiens, sans lésion périphérique, il y a
une croissance axonale sur MAG/myéline et une
régénération d'axones dans les colonnes dorsales
lésées in vivo. L'ensemble de ces résultats
démontre que l'activation des voies de l'AMPc
constitue un mécanisme général permettant de
surmonter les inhibiteurs myéliniques et de
favoriser la régénération après lésion.
40
Kennedy, Timothy
Neurology and Neurosurgery
Montreal Neurological Institute
3801 University, Montreal, Quebec, Canada, H3A 2B4
514-398-7136
[email protected]
Netrin function in the developing and
adult spinal cord.
Fonction de la nétrine dans la moelle
épinière adulte et en développement.
Netrins are a family of secreted proteins that direct axon extension and cell migration during
neural development. They are bifunctional cues,
acting as attractants for some cell types and as
repellents for others. Two classes of receptors
mediate the response to netrin-1, the deleted in
colorectal cancer (DCC) family, and the UNC-5
family. We have found that netrin-1 and the
netrin receptors, DCC, neogenin, UNC5H1 and
UNC5H2, continue to be expressed by neurons
and glia in the adult spinal cord. Although netrins
were first identified as diffusible long-range cues
for developing axons, our results indicate that the
majority of netrin-1 protein in the adult CNS is
not freely soluble but is associated with ECM and
membranes. This is consistent with findings suggesting that during development, in addition to
their long-range role, netrins can also function
as short-range cues close to the surface of the
cells that produce them. Together, these results
suggest that a major function of netrin-1 in the
adult spinal cord may be to regulate short-range
cell-cell interactions. We are currently investigating the possibility that the continued presence
of netrin-1 in the adult CNS may affect axon regeneration following injury. Supported by the
Canadian Institutes of Health Research, The Paralyzed Veterans of America Spinal Cord Research
Foundation, and the Multiple Sclerosis Society
of Canada
Les nétrines sont une famille de protéines
sécrétées qui dirigent l'extension des axones et
la migration cellulaire durant le développement
neural. Ce sont des signaux bifonctionnels
agissant comme un élément attractif pour
certains types de cellules et comme un élément
répulsif pour d'autres. Deux classes de récepteurs
font la médiation des réponses à la nétrine-1, la
famille des « Deleted in colorectal cancer » (DCC)
et la famille UNC-5. Nous avons trouvé que la
nétrine-1 et ses récepteurs DCC, néogénine,
UNC-5H1 et UNC-5H2, continuent d'être
exprimés par les neurones et les cellules gliales
dans la moelle épinière adulte. Bien que les
nétrines ont été d'abord identifiées comme
signaux diffusibles de longue portée pour des
axones en développement, nos résultats
suggèrent que la protéine nétrine-1 dans le SNC
adulte n'est pas majoritairement diffusible, mais
plutôt associée avec la matrice extracellulaire et
les membranes. Ceci est conséquent avec les
découvertes suggérant que durant le
développement, en plus de leur longue portée,
les nétrines peuvent aussi fonctionner comme
signaux de courte portée, près de la surface des
cellules qui les produisent. L'ensemble de ces
résultats suggère que la fonction majeure de la
nétrine-1 dans la moelle épinière adulte pourrait
être de réguler les interactions cellulaires à courte
portée. Nous examinons actuellement la
possibilité qu'une présence continue de la
nétrine-1 dans le SNC puisse affecter la
régénération des axones après une lésion.
Subventionné par les IRSC, la Paralyzed Veterans
of American Spinal Cord Research Foundation,
et la Société de sclérose en plaque du Canada.
41
Miller, Freda
Kaplan, David.
Department of Neurology and Neurosurgery
Montreal Neurological Institute, McGill University
3801 rue University, Montreal, PQ, Canada, H3A 2B4
514-398-4261
[email protected]
Neurotrophins and the regulation of neuronal growth.
Neurotrophines et régulation de la
croissance neuronale.
The neurotrophin family of growth factors are
potent regulators of the survival, growth and differentiation of both developing and injured, mature neurons. The positive actions of the
neurotrophins are mediated through the Trk family of tyrosine kinase receptors, while the p75
neurotrophin receptor is capable of inhibiting
both neuronal survival and growth. Here, we discuss the intracellular signalling mechanisms that
allow neurotrophins to signal through Trk to
cause axonal growth and dendrite formation. In
particular, Trk receptors signal through the Shc
site to activate the PI3-kinase and MEK-Erk pathways, both of which are important for
neurotrophin-mediated local axonal growth. Inhibition of the MEK-Erk pathway in culture or in
transgenic mice inhibits target innervation. We
have also found that two negative growth regulators, the semaphorins and p75NTR, inhibit axonal growth and/or growth cone maintenance by
inhibiting these neurotrophin-induced growth
pathways. Moreover, at least one neurotrophin,
NGF, enhances activity-dependent dendrite formation in sympathetic neurons, and this enhancement is mediated via intracellular convergence on the MEK-Erk pathway and on CaMKII.
Thus, neurotrophin-mediated growth is modulated both positively and negatively by other extrinsic cues in the environment of the growing
neurons, largely via intracellular convergence on
key growth-promoting pathways.
Les facteurs de croissance de la famille des
neurotrophines (NT) sont de puissants
régulateurs de la survie, la croissance et la
différenciation des neurones en développement
et des neurones matures lésés. Les actions positives des NT sont médiées par la famille Trk des
récepteurs tyrosine kinase, tandis que le
récepteur p75 des neurotrophines peut inhiber
tant la survie que la croissance neuronales. Nous
discuterons des mécanismes de signalisation
intracellulaire qui permettent aux NT de
promouvoir la croissance axonale et la formation
dendritique via les Trk. Plus spécifiquement, les
récepteurs Trk signalent via le site Shc, afin
d'activer la PI3-kinase et les voies MEK-Erk,
toutes deux importantes pour la croissance
axonale locale induite par les neurotrophines.
L'inhibition de la voie MEK-Erk en culture ou
chez des souris transgéniques inhibe
l'innervation ciblée. D'autre part, 2 inhibiteurs
de la croissance, les sémaphorines et p75NTR,
inhibent la croissance axonale et/ou le maintien
des cônes de croissance en bloquant ces voies
de signalisation des NT. De plus, une autre NT,
le NGF, favorise la formation dendritique
dépendante de l'activité des neurones
sympathiques, cette augmentation étant médiée
par la convergence intracellulaire des voies MEKErk et CaMKII. Ainsi, la croissance induite par
les NT est modulée tant la hausse qu'à la baisse
par d'autres indicateurs extrinsèques dans
l'environnement des neurones en croissance, en
grande partie via la convergence intracellulaire
sur des voies de signalisation intracellulaires
stimulant la croissance.
42
Strittmatter, Stephen
Department of Neurology,
Yale University
P.O. Box 208018, New Haven, CT, USA, 06520
203-785-4878
[email protected]
Grandpre, Tadzia;
Fournier, Alyson;
Gould, Graham;
Wang, Xingxing.
Characterization of the neuronal receptor
mediating nogo-66 inhibition of axonal
regeneration.
Caractérisation du récepteur neuronal
médiateur de l'inhibition de la
régénération axonale par nogo-66.
Nogo has been identified as a component of central nervous system (CNS) myelin preventing axonal regeneration in the adult vertebrate CNS.
Our previous analysis of Nogo-A demonstrated
that an axon-inhibiting 66 aa domain is expressed
at the extracellular surface and the endoplasmic
reticulum lumen of transfected cells and oligodendrocytes. We have identified a brain-specific,
leucine-rich repeat (LRR) protein with high affinity for soluble Nogo-66. Cleavage of the Nogo66 Receptor from axonal surfaces renders neurons insensitive to Nogo-66. Nogo-66 Receptor
expression is sufficient to impart Nogo-66 axonal
inhibition to unresponsive neurons. Immunohistochemical analysis localizes Nogo-66 Receptor
to the surface of myelinated axons in adult brain
and spinal cord where it is positioned to receive
inhibitory signals from oligodendrocyte-derived
Nogo. Structure-function analysis of the Nogo66 receptor demonstrates that Nogo-66 binding
is restricted to the LRR domain, but that other
portions of the ectodomain are required for signaling. Immunologic and competition experiments demonstrate that Nogo-66 plays a major
role in CNS myelin inhibition of axonal growth.
Therefore, blockade of Nogo-66 interaction with
its receptor may improve axonal regeneration after adult mammalian CNS injury. (Supported by
the National Institutes of health, Christopher
Reeve Paralysis Foundation and The Catherine
and Patrick Donaghu Foundation for Medical
Research)
Nogo est un composant de la myéline du système
nerveux central (SNC) qui empêche la
régénération axonale dans le SNC adulte des
vertébrés. Notre analyse antérieure de Nogo-A a
montré qu'un domaine inhibiteur de croissance
axonale de 66 aa est exprimé à la surface
extracellulaire et dans la lumière du réticulum
endoplasmique de cellules transfectées et
d'oligodendrocytes. Nous avons identifié une
protéine spécifique du cerveau, riche en
séquences répétées de leucine (LRR) avec une
haute affinité pour le Nogo-66 soluble. Le clivage
du récepteur de Nogo-66 des surfaces axonales
insensibilise les neurones à Nogo-66.
L'expression du récepteur dans des neurones
insensibles suffit à leur conférer une réponse
inhibitrice à Nogo-66 sur leur croissance
axonale. Le récepteur Nogo-66 est localisé à la
surface des axones myélinisés du cerveau et de la
moelle épinière adultes où il est en position de
recevoir les signaux inhibiteurs de Nogo dérivés
des oligodendrocytes. L'analyse structurefonction du récepteur Nogo-66 montre que la
liaison de Nogo-66 est restreinte au domaine
LRR, mais que d'autres parties de l'ectodomaine
sont nécessaires à la signalisation. Des
expériences immunologiques et de compétition
démontrent que Nogo-66 est important pour
l'inhibition de la croissance axonale par la
myéline. Ainsi, le blocage de l'interaction de
Nogo-66 avec son récepteur pourrait améliorer
la régénération axonale après lésion du SNC
adulte des mammifères. Subventionné par le NIH,
Christopher Reeve Paralysis Foundation et The
Catherine and Patrick Donaghu Foundation for
Medical Research.
43
Benowitz, Larry
Laboratories for Neuroscience Research in Neurosurgery,
Children's Hospital; Program in Neuroscience and Department of Surgery,
Harvard Medical School, Boston MA 02115 USA
[email protected]
Inosine promotes axonal growth in vitro
and in vivo.
L’inosine favorise la croissance axonale in
vitro et in vivo.
Axon growth is characterized by a distinctive program of gene expression. We show here that this
program is regulated through a purine-sensitive
mechanism, and that it can be re-activated in
mature CNS neurons, resulting in extensive axon
growth in vitro and in vivo. In dissociated goldfish retinal ganglion cells, we found that the purine nucleoside inosine acts through a direct intracellular mechanism to induce axonal regeneration and the underlying program of gene induction (e.g., GAP-43, L1, alpha-1 tubulin). These
effects appear to be mediated through the activation of a 47-49 kDa serine-threonine kinase,
initially described by Lloyd Greene and colleagues, which may be part of a modular signal
transduction pathway for axon growth. Following
unilateral transections of the corticospinal tract
in mature rats, inosine applied to the intact sensorimotor cortex stimulated layer 5 pyramidal
cells to up-regulate GAP-43 expression and to
sprout axon collaterals that crossed the midline
and re-innervated regions of the cervical spinal
cord which had lost their normal afferents. Preliminary studies indicate that these new axons
form synapses, and that inosine can also stimulate regenerative growth from severed axons. It
will now be important to identify the molecular
events that lie upstream and downstream of the
purine-sensitive signaling pathway, and to explore
the clinical potential of activating this pathway
in patients who have sustained CNS injury.
La croissance axonale se caractérise par un
programme distinctif d’expression génique. Nous
démontrons ici que ce programme est régulé par
un mécanisme purino-sensible et qu’il peut être
réactivé dans les neurones du SNC mature,
résultant en une croissance axonale extensive in
vitro et in vivo. En utilisant des cellules
ganglionnaires de la rétine du poisson rouge,
nous avons trouvé que le nucléoside purinique,
inosine, agit par un mécanisme intracellulaire
direct pour induire la régénération axonale et le
programme sous-jacent d’expression génique
(ex., GAP-43, L1, tubuline alpha-1). Ces effets
semblent sous la médiation de l’activation d’une
kinase sérine-thréonine de 47-49 kDa, décrite
initialement par Lloyd Greene et collaborateurs,
qui pourrait faire partie d’une voie modulaire de
transduction de signaux pour la croissance
axonale. Après transection unilatérale du faisceau
corticospinal chez le rat mature, l’application
d’inosine sur le cortex sensori-moteur intact
(ipsilatéral) a entraîné une régulation à la hausse
de l’expression de GAP-43 dans les cellules pyramidales de la couche 5 et un bourgeonnement
axonal collatéral qui a traversé la ligne médiane
et réinnervé des zones de la moelle cervicale qui
avaient perdu leurs afférences normales. Des
études préliminaires indiquent que ces nouveaux
axones forment des synapses et que l’inosine peut
aussi stimuler une croissance régénératrice
d’axones endommagés. Il sera maintenant important d’identifier les événements moléculaires en
amont et en aval de cette voie de signalisation
purino-sensible et d’explorer le potentiel clinique
d’une activation de cette voie, chez des patients
atteints d’une lésion du SNC.
44
Doucet, Guy
Département de pathologie et biologie cellulaire/Centre de recherche en
sciences neurologiques
C.P. 6128, succursale Centre-ville, Montréal, Québec, Canada, H3C 3J7
514-343-7776
[email protected]
Petit, Audrey;
Vallée, Annie;
Pierret, Philippe;
Mecteau, Mélanie;
Lemaire, Christian;
Ben Mamou, Cyrinne.
Seeking guidance in the adult rat CNS.
À la recherche de signaux de guidage dans
le SNC du rat adulte.
We used transplantation of fœtal ventral mesencephalic (VM) or striatal tissue into the adult rat
striatum, to test the ability of adult host
serotoninergic (5-HT) neurons to grow axons into
the grafts. It was shown that 5-HT axons of the
striatum prefer to grow into striatal than VM
grafts. Such differences were not due to the glial
scar or CSPG. To see if putative target-derived
tropic factors could be produced by astrocytes,
we have used a co-transplantation approach, adding astrocytes from different brain regions to the
grafts, and showed that cortical and striatal, but
not VM, astrocytes promote the growth of 5-HT
axons into VM grafts. We developed an in vitro
assay with co-explants of brain tissue in collagen
gel to study the affinity of different populations
of 5-HT neurons for different target tissues; and
the culture of dissociated adult 5-HT neurons,
to study their responses to guidance molecules.
Among known guidance molecules, we are investigating ephrins and Eph receptors, which are
reciprocally expressed in interconnection fields.
By in situ hybridization and immunohistochemistry, we found that EphA5 and its ligand, ephrinA2, are co-localized in midbrain raphé 5-HT neurons. RT-PCR experiments, performed to examine the effect of axotomy on the expression of
these molecules, showed strong increases in the
expression of EphA5 (and EphA4, EphA6) in the
brainstem and cerebral cortex and decreases for
Eph receptors and ephrins in lesioned spinal
cord. (Supported by CIHR, FRSQ, FCAR and
GRSNC).
Nous avons utilisé la transplantation de
mésencéphale ventral (VM) et de striatum fœtaux
dans le striatum du rat adulte, afin de tester la
capacité des neurones sérotoninergiques (5-HT)
adultes d'y faire pousser leur axone. On a montré
que les axones 5-HT du striatum préféraient
pousser dans les greffes striatales plutôt que VM.
Ces différences n'étaient pas dues à la cicatrice
gliale ou à l'expression de CSPG. Pour voir si les
facteurs tropiques putatifs produits par la cible
venaient des astrocytes, nous avons ajouté aux
greffes des astrocytes de différentes régions
cérébrales et montré que les astrocytes du cortex et du striatum, mais non ceux du VM,
favorisaient la croissance d'axones 5-HT dans les
greffes VM. Nous utilisons la co-culture
d'explants en gel de collagène pour étudier
l'affinité des neurones 5-HT pour différentes
cibles d'innervation et la culture de neurones 5HT adultes dissociés pour examiner la réponse
des axones à des molécules de guidage. Parmi les
molécules de guidage connues, nous nous
intéressons aux éphrines et récepteurs Eph, qui
sont exprimés de manière réciproque dans les
zones d'interconnexions. Par hybridation in situ
et immunohistochimie, nous avons montré que
EphA5 et son ligand, l'éphrine-A2, sont colocalisés dans des neurones 5-HT du raphé
mésencéphalique. Des expériences de RT-PCR
après transection médullaire, réalisées pour examiner les effets d'une axotomie sur l'expression
de ces molécules, ont montré de fortes augmentations de l'expression de certains récepteurs,
dont EphA5, dans le tronc et le cortex cérébraux
et des baisses d'expression de plusieurs Eph et
éphrines dans la moelle épinière lésée.
(Subventionné par les IRSC, le FRSQ, le FCAR et
le GRSNC).
45

XXIII brochure-conf - GRSNC

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