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1.
Cell ; 158(2): 383-396, 2014 Jul 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-25018103

RESUMO

Myelin sheaths provide critical functional and trophic support for axons in white matter tracts of the brain. Oligodendrocyte precursor cells (OPCs) have extraordinary metabolic requirements during development as they differentiate to produce multiple myelin segments, implying that they must first secure adequate access to blood supply. However, mechanisms that coordinate myelination and angiogenesis are unclear. Here, we show that oxygen tension, mediated by OPC-encoded hypoxia-inducible factor (HIF) function, is an essential regulator of postnatal myelination. Constitutive HIF1/2α stabilization resulted in OPC maturation arrest through autocrine activation of canonical Wnt7a/7b. Surprisingly, such OPCs also show paracrine activity that induces excessive postnatal white matter angiogenesis in vivo and directly stimulates endothelial cell proliferation in vitro. Conversely, OPC-specific HIF1/2α loss of function leads to insufficient angiogenesis in corpus callosum and catastrophic axon loss. These findings indicate that OPC-intrinsic HIF signaling couples postnatal white matter angiogenesis, axon integrity, and the onset of myelination in mammalian forebrain.


Assuntos
Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/metabolismo , Subunidade alfa do Fator 1 Induzível por Hipóxia/metabolismo , Bainha de Mielina/metabolismo , Oligodendroglia/metabolismo , Animais , Diferenciação Celular , Corpo Caloso/metabolismo , Células Endoteliais/citologia , Técnicas In Vitro , Camundongos , Neovascularização Fisiológica , Células-Tronco Neurais , Oxigênio/metabolismo , Comunicação Parácrina , Proteínas Proto-Oncogênicas/metabolismo , Proteína Supressora de Tumor Von Hippel-Lindau/metabolismo , Proteínas Wnt/metabolismo
2.
Ann Neurol ; 81(4): 560-571, 2017 Apr.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-28253550

RESUMO

OBJECTIVE: Neonatal white matter injury (NWMI) is a lesion found in preterm infants that can lead to cerebral palsy. Although antagonists of bone morphogenetic protein (BMP) signaling, such as Noggin, promote oligodendrocyte precursor cell (OPC) production after hypoxic-ischemic (HI) injury, the downstream functional targets are poorly understood. The basic helix-loop-helix protein, oligodendrocyte transcription factor 1 (Olig1), promotes oligodendrocyte (OL) development and is essential during remyelination in adult mice. Here, we investigated whether Olig1 function is required downstream of BMP antagonism for response to injury in the neonatal brain. METHODS: We used wild-type and Olig1-null mice subjected to neonatal stroke and postnatal neural progenitor cultures, and we analyzed Olig1 expression in human postmortem samples from neonates that suffered HI encephalopathy (HIE). RESULTS: Olig1-null neonatal mice showed significant hypomyelination after moderate neonatal stroke. Surprisingly, damaged white matter tracts in Olig1-null mice lacked Olig2+ OPCs, and instead proliferating neuronal precursors and GABAergic interneurons were present. We demonstrate that Noggin-induced OPC production requires Olig1 function. In postnatal neural progenitors, Noggin governs production of OLs versus interneurons through Olig1-mediated repression of Dlx1/2 transcription factors. Additionally, we observed that Olig1 and the BMP signaling effector, phosphorylated SMADs (Sma- and Mad-related proteins) 1, 5, and 8, were elevated in the subventricular zone of human infants with HIE compared to controls. INTERPRETATION: These findings indicate that Olig1 has a critical function in regulation of postnatal neural progenitor cell production in response to Noggin. Ann Neurol 2017;81:560-571.


Assuntos
Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/metabolismo , Proteínas Morfogenéticas Ósseas/metabolismo , Proteínas de Transporte/metabolismo , Hipóxia-Isquemia Encefálica/metabolismo , Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo , Oligodendroglia/metabolismo , Acidente Vascular Cerebral/metabolismo , Animais , Técnicas de Cultura de Células , Modelos Animais de Doenças , Humanos , Lactente , Recém-Nascido , Doenças do Recém-Nascido , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Knockout , Células-Tronco Neurais
3.
Neuron ; 89(2): 248-68, 2016 Jan 20.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26796689

RESUMO

The human CNS follows a pattern of development typical of all mammals, but certain neurodevelopmental features are highly derived. Building the human CNS requires the precise orchestration and coordination of myriad molecular and cellular processes across a staggering array of cell types and over a long period of time. Dysregulation of these processes affects the structure and function of the CNS and can lead to neurological or psychiatric disorders. Recent technological advances and increased focus on human neurodevelopment have enabled a more comprehensive characterization of the human CNS and its development in both health and disease. The aim of this review is to highlight recent advancements in our understanding of the molecular and cellular landscapes of the developing human CNS, with focus on the cerebral neocortex, and the insights these findings provide into human neural evolution, function, and dysfunction.


Assuntos
Sistema Nervoso Central/citologia , Sistema Nervoso Central/crescimento & desenvolvimento , Neurogênese/fisiologia , Animais , Encéfalo/citologia , Encéfalo/embriologia , Encéfalo/crescimento & desenvolvimento , Sistema Nervoso Central/embriologia , Humanos , Transtornos do Neurodesenvolvimento/patologia , Organogênese/fisiologia
4.
Neuron ; 89(6): 1208-1222, 2016 Mar 16.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-26924435

RESUMO

Trisomy 21, or Down syndrome (DS), is the most common genetic cause of developmental delay and intellectual disability. To gain insight into the underlying molecular and cellular pathogenesis, we conducted a multi-region transcriptome analysis of DS and euploid control brains spanning from mid-fetal development to adulthood. We found genome-wide alterations in the expression of a large number of genes, many of which exhibited temporal and spatial specificity and were associated with distinct biological processes. In particular, we uncovered co-dysregulation of genes associated with oligodendrocyte differentiation and myelination that were validated via cross-species comparison to Ts65Dn trisomy mice. Furthermore, we show that hypomyelination present in Ts65Dn mice is in part due to cell-autonomous effects of trisomy on oligodendrocyte differentiation and results in slower neocortical action potential transmission. Together, these results identify defects in white matter development and function in DS, and they provide a transcriptional framework for further investigating DS neuropathogenesis.


Assuntos
Encéfalo , Diferenciação Celular/genética , Síndrome de Down/patologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/genética , Bainha de Mielina/metabolismo , Oligodendroglia/patologia , Potenciais de Ação/genética , Adolescente , Adulto , Animais , Encéfalo/crescimento & desenvolvimento , Encéfalo/metabolismo , Encéfalo/patologia , Diferenciação Celular/fisiologia , Criança , Pré-Escolar , Cromossomos Humanos Par 17/genética , Modelos Animais de Doenças , Síndrome de Down/genética , Síndrome de Down/fisiopatologia , Feminino , Perfilação da Expressão Gênica , Humanos , Lactente , Recém-Nascido , Masculino , Camundongos , Camundongos Transgênicos , Mosaicismo , Proteína Básica da Mielina/genética , Proteína Básica da Mielina/metabolismo , Bainha de Mielina/patologia , Bainha de Mielina/ultraestrutura , Condução Nervosa/genética , Mudanças Depois da Morte , Trissomia/genética , Substância Branca/patologia , Substância Branca/ultraestrutura , Adulto Jovem
5.
Nat Neurosci ; 17(4): 506-12, 2014 Apr.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-24609463

RESUMO

In colon cancer, mutation of the Wnt repressor APC (encoding adenomatous polyposis coli) leads to a state of aberrant and unrestricted high-activity signaling. However, the relevance of high Wnt tone in non-genetic human disease is unknown. Here we demonstrate that distinct functional states of Wnt activity determine oligodendrocyte precursor cell (OPC) differentiation and myelination. Mouse OPCs with genetic Wnt dysregulation (high tone) express multiple genes in common with colon cancer, including Lef1, Sp5, Ets2, Rnf43 and Dusp4. Surprisingly, we found that OPCs in lesions of hypoxic human neonatal white matter injury upregulated markers of high Wnt activity and lacked expression of APC. We also found that lack of Wnt repressor tone promoted permanent white matter injury after mild hypoxic insult. These findings suggest a state of pathological high-activity Wnt signaling in human disease tissues that lack predisposing genetic mutation.


Assuntos
Lesões Encefálicas/metabolismo , Lesões Encefálicas/fisiopatologia , Neoplasias do Colo/fisiopatologia , Hipóxia/metabolismo , Leucoencefalopatias/metabolismo , Oligodendroglia/fisiologia , Proteínas Wnt/fisiologia , Via de Sinalização Wnt/fisiologia , Proteína da Polipose Adenomatosa do Colo/genética , Proteína da Polipose Adenomatosa do Colo/metabolismo , Animais , Biomarcadores/metabolismo , Lesões Encefálicas/patologia , Diferenciação Celular , Neoplasias do Colo/patologia , Feminino , Regulação da Expressão Gênica/fisiologia , Estudos de Associação Genética , Humanos , Recém-Nascido , Doenças do Recém-Nascido , Camundongos , Camundongos Transgênicos , Oligodendroglia/metabolismo , Distribuição Aleatória , Regulação para Cima , Proteínas Wnt/genética , Proteínas Wnt/metabolismo , Via de Sinalização Wnt/genética
6.
Neuron ; 81(3): 574-87, 2014 Feb 05.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-24507192

RESUMO

Abnormal GABAergic interneuron density, and imbalance of excitatory versus inhibitory tone, is thought to result in epilepsy, neurodevelopmental disorders, and psychiatric disease. Recent studies indicate that interneuron cortical density is determined primarily by the size of the precursor pool in the embryonic telencephalon. However, factors essential for regulating interneuron allocation from telencephalic multipotent precursors are poorly understood. Here we report that Olig1 represses production of GABAergic interneurons throughout the mouse brain. Olig1 deletion in mutant mice results in ectopic expression and upregulation of Dlx1/2 genes in the ventral medial ganglionic eminences and adjacent regions of the septum, resulting in an ∼30% increase in adult cortical interneuron numbers. We show that Olig1 directly represses the Dlx1/2 I12b intergenic enhancer and that Dlx1/2 functions genetically downstream of Olig1. These findings establish Olig1 as an essential repressor of Dlx1/2 and interneuron production in developing mammalian brain.


Assuntos
Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/metabolismo , Encéfalo/citologia , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/fisiologia , Proteínas de Homeodomínio/metabolismo , Interneurônios/fisiologia , Fatores de Transcrição/metabolismo , Potenciais de Ação/genética , Potenciais de Ação/fisiologia , Fatores Etários , Animais , Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/genética , Encéfalo/embriologia , Encéfalo/crescimento & desenvolvimento , Contagem de Células , Proteínas de Ligação a DNA/genética , Proteínas de Ligação a DNA/metabolismo , Embrião de Mamíferos , Regulação da Expressão Gênica no Desenvolvimento/genética , Glutamato Descarboxilase/metabolismo , Proteínas de Homeodomínio/genética , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Camundongos Transgênicos , Mutação/genética , Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo , Neuropeptídeos/metabolismo , Técnicas de Cultura de Órgãos , Técnicas de Patch-Clamp , Sinapses/fisiologia , Fatores de Transcrição/genética
7.
Nat Neurosci ; 14(8): 1009-16, 2011 Jun 26.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21706018

RESUMO

Permanent damage to white matter tracts, comprising axons and myelinating oligodendrocytes, is an important component of brain injuries of the newborn that cause cerebral palsy and cognitive disabilities, as well as multiple sclerosis in adults. However, regulatory factors relevant in human developmental myelin disorders and in myelin regeneration are unclear. We found that AXIN2 was expressed in immature oligodendrocyte progenitor cells (OLPs) in white matter lesions of human newborns with neonatal hypoxic-ischemic and gliotic brain damage, as well as in active multiple sclerosis lesions in adults. Axin2 is a target of Wnt transcriptional activation that negatively feeds back on the pathway, promoting ß-catenin degradation. We found that Axin2 function was essential for normal kinetics of remyelination. The small molecule inhibitor XAV939, which targets the enzymatic activity of tankyrase, acted to stabilize Axin2 levels in OLPs from brain and spinal cord and accelerated their differentiation and myelination after hypoxic and demyelinating injury. Together, these findings indicate that Axin2 is an essential regulator of remyelination and that it might serve as a pharmacological checkpoint in this process.


Assuntos
Lesões Encefálicas/metabolismo , Lesões Encefálicas/terapia , Proteínas do Citoesqueleto/metabolismo , Regulação da Expressão Gênica/fisiologia , Proteínas da Mielina/metabolismo , Adulto , Animais , Animais Recém-Nascidos , Proteína Axina , Fatores de Transcrição Hélice-Alça-Hélice Básicos/genética , Lesões Encefálicas/etiologia , Diferenciação Celular/efeitos dos fármacos , Diferenciação Celular/fisiologia , Células Cultivadas , Cerebelo/efeitos dos fármacos , Cerebelo/metabolismo , Cerebelo/ultraestrutura , Córtex Cerebral/citologia , Corpo Caloso/efeitos dos fármacos , Corpo Caloso/metabolismo , Proteínas do Citoesqueleto/deficiência , Doenças Desmielinizantes/induzido quimicamente , Doenças Desmielinizantes/patologia , Modelos Animais de Doenças , Relação Dose-Resposta a Droga , Feminino , Regulação da Expressão Gênica/genética , Compostos Heterocíclicos com 3 Anéis/farmacologia , Compostos Heterocíclicos com 3 Anéis/uso terapêutico , Humanos , Hipóxia-Isquemia Encefálica/metabolismo , Hipóxia-Isquemia Encefálica/patologia , Hipóxia-Isquemia Encefálica/terapia , Recém-Nascido , Antígeno Ki-67/metabolismo , Lisofosfatidilcolinas/toxicidade , Masculino , Camundongos , Camundongos Transgênicos , Microscopia Eletrônica de Transmissão , Esclerose Múltipla/complicações , Esclerose Múltipla/patologia , Esclerose Múltipla/terapia , Proteínas da Mielina/genética , Proteínas da Mielina/uso terapêutico , Bainha de Mielina/efeitos dos fármacos , Bainha de Mielina/patologia , Bainha de Mielina/ultraestrutura , Proteínas do Tecido Nervoso/genética , Proteínas do Tecido Nervoso/metabolismo , Neurônios/efeitos dos fármacos , Fator de Transcrição 2 de Oligodendrócitos , Oligodendroglia/efeitos dos fármacos , Oligodendroglia/fisiologia , Técnicas de Cultura de Órgãos
8.
Dis Model Mech ; 3(11-12): 678-88, 2010.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-21030421

RESUMO

Newborn neurological injuries are the leading cause of intellectual and motor disabilities that are associated with cerebral palsy. Cerebral white matter injury is a common feature in hypoxic-ischemic encephalopathy (HIE), which affects full-term infants, and in periventricular leukomalacia (PVL), which affects preterm infants. This article discusses recent efforts to model neonatal white matter injury using mammalian systems. We emphasize that a comprehensive understanding of oligodendrocyte development and physiology is crucial for obtaining new insights into the pathobiology of HIE and PVL as well as for the generation of more sophisticated and faithful animal models.


Assuntos
Paralisia Cerebral/complicações , Paralisia Cerebral/patologia , Modelos Animais de Doenças , Leucomalácia Periventricular/complicações , Leucomalácia Periventricular/patologia , Animais , Pesquisa Biomédica , Humanos , Recém-Nascido , Oligodendroglia/patologia
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