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Laura TZEPLAEFF Neurogenesis and Stress Ini/a/on à la Démarche Scien/fique en Neurosciences Eléonore GOVILAS Laura TZEPLAEFF Lucas PHAMVAN QuenAn FUCHS M1 NCI Supervisors : Alexandre CHARLET JoséLuis GONZALEZ DE AGUILAR SylveKe CHASSEROTGOLAZ Project Presenta/on

Neurogenesis & stress (EN)

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Page 1: Neurogenesis & stress (EN)

Laura  TZEPLAEFF  

Neurogenesis  and  Stress  

Ini/a/on  à  la  Démarche  Scien/fique  en  Neurosciences  

Eléonore  GOVILAS  Laura  TZEPLAEFF  Lucas  PHAM-­‐VAN  QuenAn  FUCHS    M1  NCI  

Supervisors  :  Alexandre  CHARLET  José-­‐Luis  GONZALEZ  DE  AGUILAR    SylveKe  CHASSEROT-­‐GOLAZ    

Project  Presenta/on  

Page 2: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

Spa/al  memory  

Stone  et  al.,  2011  

Neurogenesis  in  the  dentate  gyrus

Chronic  stress  

2  

-­‐

Page 3: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Cellule  progenitor  

Prolifera/on   Survival  /  Matura/on  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Differencia/on  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Chronic  stress   ?  

Neuroblaste  

-­‐  

3  

0   21   28   >  42  7   Days  3   5  

Chronic  stress  

-­‐  -­‐ -­‐

Page 4: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

10  

30  

50  

70  

90  

0   1j   3j   1sem   2sem   4  sem   3  mois  6  mois   12  mois  

25  %  

Temps  après  division  Pourcentage  de

 néo

-­‐neu

rone

s  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Cellule  progenitor  

Prolifera/on   Survival  /  Matura/on  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Differencia/on  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Neuroblaste  

3  

0   21   28   >  42  7   Days  3   5  100%  

Neo-­‐neurones  rate  25%  100%  

Adapté  de  Kempermann  et  al.,  2003                                        Snyder  et  al.,  2009  

CorrelaAon  between  neurogenesis  and  :  

•  Survival  rate  :  85  %  

•  Proliféra/on  rate  :  19  %  

100%  

Page 5: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

0  10  20  30  40  50  60  70  80  90  100  

10%  0  -­‐  10%  0%  

Glucocor/coid  receptor  expression  levels  during  neurogenesis  

50%  

Garcia  et  al.,  2004  

Pourcentage  of  GR+  neu

rone

s  

4  

Cellule  progenitor  

Prolifera/on   Survival  /  Matura/on  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Differencia/on  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Neuroblaste  

0   21   28   >  42  7   Days  3   5  100%  

Neo-­‐neurones  rate  25%  100%  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Page 6: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

0   21   28   >  42  7  3   5  

0  10  20  30  40  50  60  70  80  90  100  

10%  0  -­‐  10%  0%  

50%  

Garcia  et  al.,  2004  

25%  100%  

4  

Pourcentage  of  GR+  neu

rone

s  

Glucocor/coid  receptor  expression  levels  during  neurogenesis  

Neo-­‐neurones  rate  

Cellule  progenitor  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Differencia/on  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Neuroblaste  

Days  

Prolifera/on   Survival  /  Matura/on  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Page 7: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Progenitor    cell  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Neuroblaste  

   During  the  neurogenesis  ?  5  

Prolonged  stress              

Glucocor/coides              

Hippocampal  neurons  death  Stein-Behrens et al. 1994  Lupien et al. 1998  

Page 8: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

•  Does  GR  reseptors  play  a  role  in  neo-­‐neurones  viability  ?    

50%  GR+  

6  

GR  =  GlucocorAcoid  Receptors  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Progenitor    cell  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Neuroblaste  

Page 9: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

Neuroblaste  

GR+  

GR-­‐  

?  

•  Does  GR  reseptors  play  a  role  in  neo-­‐neurones  viability  ?    •  Are  GR+  cells  tag  for  death  ?    

6  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Quiescent    glial  cell  

Ac/vated    glial  cell  

Progenitor    cell  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

GR  =  GlucocorAcoid  Receptors  

Page 10: Neurogenesis & stress (EN)

 Introduc/on  

Neuroblaste  

GR+  

GR-­‐  

?  

GR  =  GlucocorAcoid  Receptors  

•  Does  GR  reseptors  play  a  role  in  neo-­‐neurones  viability  ?    •  Are  GR+  cells  tag  for  death  ?    •  Can  chronic  stress  increase  cell  death  via  the  GR  receptor  during  survival  satge  ?  

Stress  chronique  

?  

Surval  /  Matura/on  

6  

Mito/c  stage   Post-­‐mito/c  stage  

Ac/vated    glial  cell  

Progenitor    cell  

Mature  neurone  

Immature  neurone  

Quiescent    glial  cell  

Page 11: Neurogenesis & stress (EN)

Impact  of  chronic  stress  on  adult  hippocampal  neurogenesis:    

Regula/on  of  neuroblas/c  survival  by  glucocor/coids  

7  

Project  

Page 12: Neurogenesis & stress (EN)

 Overview  

I.   Does  GR  expresion  influence  the  neuroblas/c  survival  rate  in  chronic  stress  condi/on?  a)  NeuroblasAc  GR  expression  in  rats  b)  GR  expression  and  neuroblasAc  survival  rate    →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

 

II.   Is  the  neuroblas/c  pro-­‐appopto/c  effect  caused  by  direct  ac/on  of  glucocor/coides  on  GR  ?    a)  GR  acAvaAon  and  neuroblasAc  appoptosis  b)  Traitement  using  a  GR  antagonist    →  in-­‐vitro  experimenta/ons  

III.   Does  chronic  stress  have  an  impact  on  cogni/ve  process  related  to  hippocampal  neurogenesis  :    Spacial  memory  a)  Chronic  stress  effect  on  a  sAmulated  neurogenesis  b)  Consequences  on  spaAal  memory  →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

8  

Page 13: Neurogenesis & stress (EN)

 Social  defeat  chronic  stress  protocol  

Cage  with  perforated  separa/on  

9  

Dominant  

24  hours  before  the  experimentaAon  

1   10  0  

Social  defeat  

-­‐1  

Days  Dominanted  

5  minutes  in  the  same  compartment  

Every  day  :  

Blood  sample  of  dominated  rat  

Separeted  the  rest  of  the  day    

Page 14: Neurogenesis & stress (EN)

I.  a)  Neuroblas/c  GR  expression  in  rat  

Mesurement  of  glucocor/coide  level  in  plasma  using  HPLC  

ConcentraAon  plasmaAque  totale  en  corAcostérone  (CORT)  chez  les  rats  stressés  et  non-­‐stressés    

0   1   2   4   6   8   10  

Concen

tra/

on  en  CO

RT  

Etat  Basal  

Stress  Chronique  

Jours  

GROUPE  2:    Control  

Fixa/on  

Coupe  au    cryostat  

Quan/fica/on  

-­‐5    0    12    jours  

GROUPE  1:    Chronically  stressed  

Immunofluorescence  

•  NesAn  •  DoublecorAne  •  CalréAnine  •  GR  

 

Microscope  confocal  

10  

Page 15: Neurogenesis & stress (EN)

I.  a)  Neuroblas/c  GR  expression  in  rat  

GR  +  NesAne  –  DoublecorAne  +  CalréAnine  –  

Neuroblaste  

GR  –  

10  

Fixa/on  

Brain  slides  (cryostat)  

•  NesAne  •  DoublecorAne  •  CalreAnine  •  GR  

 

Quan/fica/on  

Confocal  Microscope  

-­‐5    0    Days  

Immunohistochimistry  

 12  

GROUPE  1:    Chronically  stressed  

GROUPE  2:    Control  

Page 16: Neurogenesis & stress (EN)

I.  a)  Neuroblas/c  GR  expression  in  rat  

Garcia  et  al.,  2004  

Modified  from  Garcia  et  al.,  2004    &  Guidoj  et  al.,  2013  

Neuroblas/c  GR+/GR-­‐  rate  :  

0%  20%  40%  60%  80%  

100%  

GR-­‐  

GR+  

20μm  Quiescente  glial  cell  

AcAvated  glial  cell  

Progenitor  cell  

Neuroblaste  

10  

Fixa/on  

Brain  slides  (cryostat)  

•  NesAne  •  DoublecorAne  •  CalreAnine  •  GR  

 

Quan/fica/on  

Confocal  Microscope  

-­‐5    0    Days  

Immunohistochimistry  GROUPE  1:    Chronically  stressed  

GROUPE  2:    Control    12  

Page 17: Neurogenesis & stress (EN)

I.  b)  GR  expression  and  neuroblas/c  survival  

NeuroblasAc  TUNEL  labeling    in  the  rat  dental  gyrus  

200μm   80μm  

Reisi  et  al.  2015  Etat  basal   Stress  Chronique  

Taux  de  ne

urob

lastes  TUNEL+    

0

Neuroblas/c  apoptosis  rate:  

11  

Fixa/on  

Brain  slides  (cryostat)  

•  NesAne  •  DoublecorAne  •  CalreAnine  •  GR  •  TUNEL  

 

Quan/fica/on  

Confocal  Microscope  

-­‐5    0    Days  

Immunohistochimistry  GROUPE  1:    Chronically  stressed  

GROUPE  2:    Control    12  

Page 18: Neurogenesis & stress (EN)

I.  b)  GR  expression  and  neuroblas/c  survival  

Etat  Basal   Stress  Chronique  

GR-­‐  GR+  

Neuroblas/c  apoptosis  rate:  GR+  &  GR-­‐  cells    

Etat  basal   Stress  Chronique  

Taux  de  ne

urob

lastes  TUNEL+    

Taux  de  ne

urob

lastes  TUNEL  +  

0 0

11  

Neuroblas/c  apoptosis  rate:  

Fixa/on  

Brain  slides  (cryostat)  

•  NesAne  •  DoublecorAne  •  CalreAnine  •  GR  •  TUNEL  

 

Quan/fica/on  

Confocal  Microscope  

-­‐5    0    Days  

Immunohistochimistry  GROUPE  1:    Chronically  stressed  

GROUPE  2:    Control    12  

Page 19: Neurogenesis & stress (EN)

I.   Does  GR  expresion  influence  the  neuroblas/c  survival  rate  in  chronic  stress  condi/on?  

 →  Expression  of  GR  on  50%  neuroblasts  at  baseline  state    →  Increasing  of  this  rate  in  chronic  stress  condiAon    →  Increasing  of  GR+  neuroblasAc  apoptosis  

         

12  

Page 20: Neurogenesis & stress (EN)

 Overview  

13  

I.   Does  GR  expresion  influence  the  neuroblas/c  survival  rate  in  chronic  stress  condi/on?  a)  NeuroblasAc  GR  expression  in  rats  b)  GR  expression  and  neuroblasAc  survival  rate    →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

 

II.   Is  the  neuroblas/c  pro-­‐appopto/c  effect  caused  by  direct  ac/on  of  glucocor/coides  on  GR  ?    a)  GR  acAvaAon  and  neuroblasAc  appoptosis  b)  Traitement  using  a  GR  antagonist    →  in-­‐vitro  experimenta/ons  

III.   Does  chronic  stress  have  an  impact  on  cogni/ve  process  related  to  hippocampal  neurogenesis  :    Spacial  memory  a)  Chronic  stress  effect  on  a  sAmulated  neurogenesis  b)  Consequences  on  spaAal  memory  →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

Page 21: Neurogenesis & stress (EN)

II.  a)  GR  ac/va/on  and  neuroblas/c  apoptosis  

Basline  concentra/on  

Control  

Solvant  (ethanol)  

Chronic  stress  concentra/on  

Neu

roblastomes  

cultu

re  

 (  SH

-­‐SY5Y)  

 Labeling  

•  GR  •  TUNEL  (apoptosis)  

Cell  count  fluorescence  microscope    

Taux  de  neuroblastomes  GR  +  

Contrôle   EtOH   CORT  [+]   CORT  [+++]  

Taux  de  neuroblastomes  en  apoptose  

Nom

bre  de

 neu

roblastomes  GR  +  

Nom

bre  de

 neu

roblastomes  TUNEL  +    

Contrôle   EtOH   CORT  [+]   CORT  [+++]  0 0

Lactate  dehydrogenase  

ac/vity  (LDH)  

(necrosis)  

14  

Page 22: Neurogenesis & stress (EN)

II.  b)  Traitement  using  a  GR  antagonist    

Neuroblastomes  apoptosis  rate:  

CORT  [+]   CORT  [+++]   CORT  [+++]    +RU-­‐38486  

TUNEL+  ne

urob

lastom

es  ra

te  

0

Chronic  stress  concentra/on  +    RU-­‐38486    

(GR  antagoniste)  

Chronic  stress  concentra/on  

Baseline    concentra/on  

Neu

roblastomes  

cultu

re  

 (  SH

-­‐SY5Y)  

15  

Lactate  dehydrogenase  

ac/vity  (LDH)  

(necrosis)  

 Labeling  

•  GR  •  TUNEL  (apoptosis)  

Cell  count  fluorescence  microscope    

Page 23: Neurogenesis & stress (EN)

II.   Is  the  neuroblas/c  pro-­‐appopto/c  effect  caused  by  direct  ac/on  of  glucocor/coides  on  GR  ?      

è   Direct  acAon  of  glucocorAcoids  on  neuroblasts  by  binding  to  the  GR.  

 è Chronic  stress  concentraAon  of  glucocorAcoid:  

•  Increase  the  GR  +  neuroblasAc  rate    •  Increase  neuroblasAc  apoptoAque  rate  

16  

Page 24: Neurogenesis & stress (EN)

 Overview  

17  

I.   Does  GR  expresion  influence  the  neuroblas/c  survival  rate  in  chronic  stress  condi/on?  a)  NeuroblasAc  GR  expression  in  rats  b)  GR  expression  and  neuroblasAc  survival  rate    →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

 

II.   Is  the  neuroblas/c  pro-­‐appopto/c  effect  caused  by  direct  ac/on  of  glucocor/coides  on  GR  ?    a)  GR  acAvaAon  and  neuroblasAc  appoptosis  b)  Traitement  using  a  GR  antagonist    →  in-­‐vitro  experimenta/ons  

III.   Does  chronic  stress  have  an  impact  on  cogni/ve  process  related  to  hippocampal  neurogenesis  :    Spacial  memory  a)  Chronic  stress  effect  on  a  sAmulated  neurogenesis  b)  Consequences  on  spaAal  memory  →  in-­‐vivo  experimenta/ons  

Page 25: Neurogenesis & stress (EN)

III.a)  Chronic  stress  effect  on  s/mulated  neurogenesis  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5  

Lot  1  (+10)  

+10   +42  

Morris  water  maze    

Lot  2  (+49)  

+49  

18  

Electrodes  

Mini  pump  

Page 26: Neurogenesis & stress (EN)

III.a)  Chronic  stress  effect  on  s/mulated  neurogenesis  

Confocale    microscope  

Not  S/mulated   Vehicule  

S/mulated   Vehicule  

Not  S/mulated   Glucocor/coid  

S/mulated   Glucocor/coid  

1

2

3

4

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5  

Lot  1  (+10)  

+10   +42  

Lot  2  (+49)  

+49  

19  

Morris  water  maze    

Page 27: Neurogenesis & stress (EN)

III.a)  Chronic  stress  effect  on  s/mulated  neurogenesis  

?  

Cor/co  

Cellules  B

rdU+  

CORT  

Cellules  B

rdU+  

S  

S  

NS  NS  

CORT  V  

?  

20  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5  

Lot  1  (+10)  

+10   +42   +49  

Morris  water  maze    

•  Deap  brain  sAmulaAon  (DBS)  induice  cell  proliféraAon  

Page 28: Neurogenesis & stress (EN)

III.a)  Chronic  stress  effect  on  s/mulated  neurogenesis  

20  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5  

Lot  1  (+10)  

+10   +42   +49  

Morris  water  maze    

Cellules  B

rdU+  

CORT  

BrdU

+  cells  

S  

S  

NS  NS  

CORT  V  

HP1  

•  Deap  brain  sAmulaAon  (DBS)  induice  cell  proliféraAon  

Ø  Hypothesis  1  :    GlucocorAcosterone  inhibit  DBS  effect  

Page 29: Neurogenesis & stress (EN)

III.  b)  Consequences  on  spa/al  memory  

V   CORT  

BrdU

+  cells  

S  

S  

NS  NS  AcAvity

 in  th

e  target  area  

HP1   HP1  

CORT  

21  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5   +10   +42   +49  

Lot  2  (+49)  

NS-­‐V  

S-­‐V  

NS-­‐CorAco    S-­‐CorAco  

Page 30: Neurogenesis & stress (EN)

III.  b)  Consequences  on  spa/al  memory  BrdU

+  cells  

S  

S  

NS  NS  

S  

NS  

HP1  

CORT  CORT  V  

21  

HP2  

•  Deap  brain  sAmulaAon  (DBS)  induice  cell  proliféraAon  

Ø  Hypothesis  1  :    GlucocorAcosterone  inhibit  DBS  effect  

Ø  Hypothesis  2  :    GlucocorAcosteronehas  a  negaAve  effect  on  BrdU+  cells  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5  

Lot  1  (+10)  

+10   +42   +49  

Page 31: Neurogenesis & stress (EN)

III.  b)  Consequences  on  spa/al  memory  BrdU

+  cells  

S  

S  

NS  NS  

S  

NS  

AcAvity

 in  th

e  target  area  

NS-­‐V  

S-­‐V  

NS-­‐CorAco    S-­‐CorAco  

HP1   HP1  HP2   HP2  

CORT  CORT  V  

22  

-­‐8  

+  -­‐   +  -­‐  

DBS  

BrdU   2  1  0  -­‐3  

Mini  pump  ac/va/on  

+5   +10   +42   +49  

Lot  2  (+49)  

Page 32: Neurogenesis & stress (EN)

III.  Does  chronic  stress  have  an  impact  on  cogni/ve  process  related  to  hippocampal  neurogenesis  :    Spacial  memory  

     

è   Hypothesis  1  :  GlucocorAcoid  inhibite  DBS  induiced  neurogenesis  but  do  not  decrease  the  basal  neurogenesis  and  spacial  memory  

è Hypothèse  2  :  GlucocorAcoid  have  a  negaAv  effect  on  neurogenesis  during  the  survival  stage  of  neuroblasts  and  so  impaire  the  spacial  memory.    

23  

Page 33: Neurogenesis & stress (EN)

Bibliographie  Ø  Ar/cles  

•  Egeland   M.   et   al.   (2015)   Molecular   mechanisms   in   the   regulaAon   of   adult  neurogenesis  during  stress.  Nature  Reviews  Volume  16  189-­‐200  

•  Garcia   et   al.   (2004)   Age-­‐dependent   expression   of   glucocorAcoids-­‐and  mineralocorAcoid  recepteurs  […]  adult  murine  hippocampus.  ASGBI  00130.x  

•  Gould   et   al.   (2010)   Stress,   stress   hormones   and   adult   neurogenesis.   Exp   Neurol  233(1):  12-­‐21  

•  Kuhn   H.G   (2015)   Control   of   cell   survival   in   adult   mammalian   neurogenesis.   CSH  Perspect  Biol  a018895  

•  Kempermann   G   (2006)   Natural   variaAon   and   geneAc   covariance   in   adult  hippocampal  neurogenesis.  Epub  Jan  9.  103(3):  780-­‐5  

•  Stone  S.  et  al.  (2011)  SAmulaAon  of  entorhinal  cortex  promotes  adult  neurogenesis  and  facilitates  spaAal  memory.  J.  Neurosci  31(38):13469-­‐13484  

•  Kirby  E.  et  al.  (2013)  Acute  stress  enchances  adult  rat  hippocampal  neurogenesis  and  acAvaAon  of  newborn  neurons  via  secreted  astrocyAc  FGF2.  eLife  2:e00362