Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

In deze studie hebben we aangetoond dat belangrijke veranderingen optreden in de moleculaire expressiepatronen van de hippocampus (HC) en de prefrontale cortex (PFC), en dit lang voor het optreden van symptomen en/of pathologie geassocieerd met de ziekte van Alzheimer (AD) of schizofrenie. We hebben bewezen dat deze proteomische veranderingen optreden op zowel cellulair als subcellulair niveau. Bovendien hebben we een reeks organel-specifieke proteomische veranderingen geïdentificeerd in de PFC na de aanvang van schizofrenie-gerelateerde symptomen. We hebben deze studie gefocust op de HC en de PFC enerzijds omdat aanzienlijke stoornissen in leerprocessen en geheugenvorming te relateren aan HC en PFC functies karakteristiek zijn voor AD en schizofrenie, en anderzijds aangezien de HC en PFC tot de hersendelen behoren die het eerst getroffen worden door deze ziekten. Om dit onderzoek uit te voeren, hebben we nieuwe proteomische technieken ontwikkeld die de kwantitatieve identificatie toelaten van moleculaire veranderingen in eiwitextracten van volledige cellen, zowel als organelfrakties. De resultaten van onze studies bewijzen de bruikbaarheid en de voordelen van deze innoverende kwantitatieve proteomische technologieën voor de gelijktijdige detectie van expressieniveaus van honderden hersenproteïnen zowel op cellulair als organelniveau. In een eerste fase van dit onderzoek hebben we proteoomkaarten gegenereerd van de HC van zowel gezonde ratten als APPSW+717/PS1FINN transgene ratten, om gedetailleerd inzicht te verwerven in HC specifieke proteïne-expressie. Deze transgene ratten dragen AD-gerelateerde mutaties in amyloid precursor protein (APP) en presenilin1 (PS1) en zijn een welgekarakteriseerd model voor AD. De toegepaste methodologie was gebaseerd op proteoomdeconvolutie door middel van eiwitelectroforese en vloeistofchromatografie, gevolgd door identificatie van de proteïnen met behulp van nano-ESI-Q-TOF massaspectrometrie. Met deze strategie waren we in staat in totaal 279 HC eiwitten te onderkennen die tot verschillende eiwitklassen behoren. Onze studie liet toe om deze proteïnen op te lijsten volgens hun subcellulaire lokatie, cellulaire functie en proteïne-proteïne interakties. De toegepaste methodologie blijkt daarom een nuttige analytische manier voor de detektie en identificatie van een groot aantal hersenregio-specifieke proteïnen en is bruikbaar voor zowel hydrofiele als hydrofobe proteïnen. De huidige studie draagt zo bij tot de uitbouw van een referentiedatabank voor HC proteïnen met cellulaire en subcellulaire proteoomkaarten. Deze referentiedatabank kan bijdragen tot een beter inzicht in de moleculaire mechanismen in weefsels, in zieke en gezonde toestand, en kan een basis bieden voor verder onderzoek omtrent de rol van HC proteïnen in tal van ziektebeelden. Vervolgens hebben we een proteomische techniek op punt gesteld gebaseerd op twee-dimensionele electroforese (2-DE), waarmee een kwantitatieve vergelijking van eiwitexpressie in verschillende weefsels kan uitgevoerd worden. Met behulp van deze techniek hebben we kunnen aantonen dat de expressie van AD-gerelateerde mutaties in APP en PS1 (APPSW+717/PS1FINN) aanleiding geeft tot een groot aantal veranderingen in het HC proteoom van jonge transgene ratten. We hebben in transgene ratten een significant verschil geobserveerd voor elf HC eiwitten, in vergelijking met controleratten. Een belangrijk aspect van deze observatie is dat deze proteomische anomalieën werden geobserveerd in jonge ratten, waarin nog geen extracellulaire amyloid β plaques voorkomen, en die evenmin enige cognitieve stoornissen vertonen. Significante veranderingen in expressieniveaus en/of post-translationele modifikaties werden geobserveerd voor verscheidene proteïnen die een belangrijke rol spelen in leerprocessen en geheugenvorming. De proteomische handtekening die we hier hebben beschreven zou vroegtijdige moleculaire veranderingen kunnen reflecteren in AD neuropathologie, geassocieerd met de intracellulaire neuronale accumulatie van Aβ peptiden. In feite, sinds we deze studie hebben gepubliceerd, hebben observaties door andere groepen bevestigd dat oplosbaar Aβ, eerder dan geaggregeerde amyloid, een hogere neuronale toxiciteit vertoont vooraleer plaquevorming optreedt. Onze studie is de eerste die moleculaire anomalieën heeft onthuld en geïdentificeerd in de HC, lang voor de eerste tekenen van AD neuropathologie en/of geheugenproblemen kunnen waargenomen worden. In de derde fase van onze studie hebben we onze hypothese getest en bevestigd dat sub cellulaire moleculaire veranderingen optreden in een dierenmodel van schizofrenie, lang voor schizofrenie-achtige symptomen of neuropathologieën optreden. Bovendien hebben we een groot aantal plasmamembraan- en vesikel-geassocieerde proteomische veranderingen geïdentificeerd na de aanvang van schizofrenie-gerelateerde symptomen. Gezien de meeste schizofrenie-geassocieerde susceptibiliteitsgenen een rol spelen in receptorexpressie en receptorfunctie, en gezien de efficiëntie van neuroleptische medikatie die dopaminerge en/of andere receptoren als drug target hebben, hadden we de hypothese vooropgesteld dat moleculaire interakties die een rol spelen in neurotransmitter vrijstelling, receptorexpressie of receptoractivatie in corticale cellen ontregeld kunnen zijn in deze ziekte, zowel voor als na het verschijnen van symptomen en pathologie. Om deze hypothese te testen, hebben we eerst technieken ontwikkeld en op punt gesteld voor 2-DE-compatibele organelopzuivering en het oplossen van eiwitten uit deze frakties. Daarna hebben we een 2-DE eiwitscheidingsmethode ontwikkeld en geoptimaliseerd voor de analyse van proteïnen in zulke plasmamembraan en synaptische vesikel-aangerijkte hersenextrakten. Deze nieuwe methoden resulteren in zeer reproduceerbare 2-DE proteomische patronen van deze eiwitfrakties, waarop honderden eiwitspotjes aanwezig zijn, en dit met een zeer hoge resolutie, zelfs voor zeer kleine en zeer basische/zure proteïnen. Mede dankzij de hoge reproduceerbaarheid van deze 2-DE patronen hebben deze nieuwe technieken bewezen uiterst geschikt te zijn voor kwantitatieve vergelijkende studies op deze organelfrakties, en voor het genereren van gedetaileerde 2-DE proteoomkaarten van deze organellen in zowel ziekte als gezondheid. We hebben deze nieuwe kwantitatieve organelproteomische technieken toegepast om aberrante subcellulaire lokatie en expressieniveaus van plasmamembraan- en synaptische vesikels-geassocieerde proteïnen op te sporen in de PFC van post-pubertale ratten waarin een neonatale lesie werd aangebracht in de ventrale HC (nVH). nVH lesioned ratten zijn een uitgebreid gekarakteriseerd diermodel dat een grote verscheidenheid aan schizofrenie-achtige symptomen vertoont na de pubertijd, maar niet eerder. Resultaten van de toegepaste organelproteomische analyse werden gevalideerd met behulp van fluorescente immunocytochemie en Western analyse. Onze studie heeft de differentiële expressie van negen neurotransmissie-geassocieerde proteïnen onthuld in de PFC van nVH ratten die schizofreniesymptomen vertonen, in vergelijking met controleratten. In plasmamembraanfrakties van nVH ratten werd een verminderde expressie van syntaxin-binding proteïne 1b, mKIAA1045, creatine-kinase B, phosphatidylethanolamine-bindend proteïne, neurocalcin δ, visinin-like protein 1 en clathrin light chain b gedetekteerd. Anderzijds werd een opregulatie van ATP synthase β en dihydrolipoyl-lysine S-acetyl-transferase E2 gedetekteerd. De meeste van deze ontregelde proteïnen blijken laag abundant tot expressie te komen. Ten slotte hebben we getest of deze post-pubertale proteomische veranderingen ook optreden in pre-pubertale nVH dieren. We hebben aangetoond dat de veranderde subcellulaire lokatie van clathrin light chain b, zoals we observeerden in post-pubertale nVH lesioned ratten, reeds voorkomt in pre-pubertale nVH ratten, lang voor het optreden van schizofreniesymptomen. Onze studie op subcellulaire proteomische veranderingen in de PFC van nVH lesioned ratten op het niveau van de plasmamembraan en vesikels is niet alleen de eerste kwantitatieve 2-DE-gebaseerde organelproteomische studie, maar is ook de eerste waarin pre-onset proteomische veranderingen in de hersenen van een diermodel voor een neurologische ziekte werden geïdentifieerd. In conclusie, de kennis van de proteïnen geïdentificeerd in deze studie omtrent de moleculaire mechanismen van AD en schizofrenie kan bijdragen tot het genereren van een globaal beeld van veranderde eiwitexpressie op cellulair en subcellulair niveau in die hersendelen die het meest getroffen worden door de respectievelijke ziekten, en dit zowel voor als na het ontstaan van het optreden van de symptomen en/of neuropathologie. Bovendien illustreren de resultaten van proteomisch onderzoek van onze en andere groepen het nut en de voordelen van proteomische technieken voor het onderzoek van hersen- en andere aandoeningen. De grootschalige screeningcapaciteit van 2-DE liet toe om de differentiële expressie van een groot aantal proteïnen te observeren waarvoor voordien nog geen link was gevonden met de respectievelijke ziekte. Deze resultaten zouden kunnen leiden tot de identificatie van nieuwe moleculaire mechanismen en uiteindelijk nieuwe behandelingen van deze ziekten. Verdere ontwikkeling en optimisatie van high-throughput experimentele en computationele toepassingen, gecomplementeerd met meer traditionele moleculair biologische technieken om de biologische betekenis van proteomische data te onderzoeken, zal een beter inzicht toelaten in hersenaandoeningen. Verdere studies kunnen onthullen of moleculaire veranderingen ook optreden in andere hersendelen en in andere cellulaire compartimenten. Aangezien het hersenproteoom gerepresenteerd is in de proteomen van zowel het cerebrospinaal vocht als het bloed, zouden verdere experimenten bovendien kunnen uitwijzen of proteomische veranderingen detecteerbaar zijn in patiënten in deze meer toegankelijke weefsels. Deze proteomische veranderingen zouden getest en opgevolgd kunnen worden in zowel gezonde individuen en patiënten, en langdurige follow-up studies zouden kunnen leiden tot de ontdekking van pre-onset moleculaire merkers die de aanvang van de respectievelijke ziekten zouden kunnen voorspellen. Gedurende de voorbije 40 jaar zijn wereldwijd verscheidene initiatieven ondernomen om enorme databanken aan te leggen met bloedstalen van tienduizenden patiënten en gezonde personen, tesamen met regelmatige updates van medische analyses over de gezondheidstoestand van deze individuen. Deze databanken maken langetermijn follow-up studies op fysiologisch, genomisch en proteomisch niveau mogelijk. Een integrale kennisbank die informatie bevat van deze proteomische strategieën, in combinatie met functionele genomics, biochemie, biologie en fysiologie, zou kunnen leiden tot een beter inzicht in de interaktie en functies van proteïnen in verschillende weefsels, in zowel ziekte als gezondheid. Deze kennis zal uiteindelijk bijdragen tot de ontwikkeling van preklinische biologische merkers voor de voorspelling van ziekten, evenals specifiekere diagnostische merkers en neuropharmacologische stoffen voor de behandeling ervan. In the present study, we have demonstrated that important changes occur in molecular mechanisms in the hippocampus (HC) and prefrontal cortex (PFC), long before the onset of Alzheimer’s Disease (AD)- or schizophrenia-related symptoms. We have shown that these proteomic changes occur at both the cellular and subcellular level. In addition, we have identified a series of organelle proteomic changes in the PFC after the onset of schizophrenia-like symptoms. We have focused our studies on the HC and PFC because AD and schizophrenia are characterized by significant impairments in HC- and PFC-related memory and learning processes, and because they are among the first brain regions to be affected in these diseases. For these investigations, we have developed novel proteomic techniques allowing for the identification of quantitative molecular alterations in whole cell as well as organelle protein extracts. Results of our studies demonstrated the suitability of these innovative and powerful quantitative proteomic technologies for the elucidation of expression levels of hundreds of brain proteins simultaneously at the cellular level as well as at the level of organelles. In a first stage of this research, we have generated HC proteome maps of both healthy rats and APPSW+717/PS1FINN transgenic rats, a well-characterized model for AD, in order to construct an overview of the HC proteome expression. The applied methodology was based on proteome deconvolution by means of protein electrophoresis and liquid chromatography followed by protein characterization using nano-ESI-Q-TOF mass spectrometry, and allowed us to identify a total of 279 HC proteins, belonging to different protein classes. Our study allowed us to map these proteins according to their subcellular location, cellular function and protein-protein interactions. The applied methodology is hence a useful analytical tool for detection and identification of a large series of HC proteins and is applicable for both hydrophilic and hydrophobic proteins. The present study contribute to a HC protein reference database of whole-cell and subcellular proteomic maps, which could help advance the understanding of molecular mechanisms in both healthy and diseased tissues, providing a basis for further research on HC proteins. Subsequently, we have developed a two-dimensional electrophoresis (2-DE)-based proteomic approach allowing for the quantitative comparison of protein expression in brain tissues. Applying this technique, we demonstrated that the expression of APPSW+717 and PS1FINN mutations results in a high number of changes in the HC proteome of young transgenic rats. Eleven HC proteins were found to be statistically significantly different between transgenic and control rat brain tissue. Importantly, these proteomic changes were observed in young rats, in the absence of extracellular Aß amyloid plaques and long before the onset of cognitive impairments. Significant changes in expression and/or post-translational modifications were observed for several proteins that are known to play a role in learning and memory formation. The proteomic signature described in this study might represent early molecular events in the AD neuropathology associated with the intracellular neuronal accumulation of Aß peptides. In fact, since we performed the present study, observations by other research groups have confirmed that soluble Aβ, rather than amyloid deposits, shows high neuronal toxicity before plaque formation occurs (Lesné et al., 2006). Our study was the first to reveal molecular changes occurring in the HC, long before the onset of any AD-related behaviors and/or neuropathology. In the third phase of our study, we have tested and confirmed our hypothesis that subcellular molecular changes occur in an animal model of schizophrenia before the onset of any disease-related behaviors or neuropathology. In addition, we have identified a large number of plasma membrane- and vesicle-associated proteomic changes after onset of schizophrenia-like behaviors. Because of the involvement of schizophrenia-linked susceptibility genes in receptor expression and receptor function, as well as the effectiveness of neuroleptic drugs targeting dopaminergic and/or other receptors, we had hypothesized that molecular interactions playing a role in neurotransmitter release, receptor expression or receptor activation in cortical cells may be dysregulated in this disorder. We hypothesized that plasma membrane-related proteomic changes occur both before and after the onset of the symptoms or pathology. Therefore, we first developed organelle purification and protein solubilization techniques compatible with 2-DE, as well as a 2-DE protein separation method for brain protein fractions enriched in plasma membranes and synaptic vesicles. These new methods yielded highly reproducible 2-DE proteomic patterns of these protein fractions, on which several hundreds of proteinous spots are represented with very high resolution. Because of the high reproducibility of the obtained 2-DE patterns, these techniques proved suitable for quantitative comparative studies on these organelle fractions, as well as for the generation of detailed 2-DE proteomic maps of these organelles in both health and disease. Next, we have applied this novel quantitative organelle proteomic approach to trace aberrant subcellular location and expression levels of plasma membrane- and synaptic vesicles-related proteins in the PFC of post-pubertal neonatal ventral HC (nVH) lesioned rats. These nVH lesioned rats constitute an extensively characterized neurodevelopmental animal model that has been shown to display a variety of schizophrenia-like

Academic collection --- 577.112 --- 591.481.1 --- Proteins --- Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Theses --- 591.481.1 Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- 577.112 Proteins

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Brain --- Dogs --- 591.481.1 --- 636.7 --- Canis canis --- Canis domesticus --- Canis familiarus --- Canis familiarus domesticus --- Canis lupus familiaris --- Dog --- Domestic dog --- Domestic animals --- Gray wolf --- Atlases. --- Anatomy --- Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- 636.7 Dogs --- 591.481.1 Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Atlases --- Anatomy&delete&

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Bovine spongiform encephalopathy --- 591.481.1 --- 619 --- 636.2 --- BSE (Disease) --- Mad cow disease --- Spongiform encephalopathy, Bovine --- Cattle --- Prion diseases in animals --- Creutzfeldt-Jakob disease --- 636.2 Large ruminants. Cattle, oxen --- Large ruminants. Cattle, oxen --- 591.481.1 Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Virus diseases

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Molecular biology --- Human biochemistry --- Neuropathology --- Brain chemistry --- Neuropeptides --- Brain --- Peptides --- 577.112.6 --- 577.175.8 --- 591.481.1 --- Brain peptides --- Nerve tissue proteins --- Neurotransmitters --- Neurochemistry --- 591.481.1 Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- 577.175.8 Hormone-like substances (hormonoids). Neurotransmitters. Histamine --- Hormone-like substances (hormonoids). Neurotransmitters. Histamine --- 577.112.6 Synthetic peptides and polypeptides --- Synthetic peptides and polypeptides --- physiology --- Analysis and chemistry

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Brain --- Rats --- Cerveau --- embryology --- atlases. --- Atlases. --- Anatomy --- Development. --- Atlas --- Anatomie --- 591.481.1 --- 599.323.4 --- 591.3 --- Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Muridae. Mice. Rats. Hamsters. Voles. Lemmings. Field-mice. House-mice. Gerbil. Water-rat. Ondatra --- Animal embryology. Animal ontogeny. Development of the individual organism --- 591.3 Animal embryology. Animal ontogeny. Development of the individual organism --- 599.323.4 Muridae. Mice. Rats. Hamsters. Voles. Lemmings. Field-mice. House-mice. Gerbil. Water-rat. Ondatra --- 591.481.1 Brain of vertebrates. Encephalon. Cerebellum --- Rat --- Muridae --- Atlases --- Anatomy&delete& --- Development --- Monograph