Search

Over the past two decades, the simplicity and the versatility of the zebrafish (Danio rerio) have helped make it one of the main animal models used to address an increasing number of issues, from fundamental research to clinical investigations, drug discovery [1] and applied toxicology [2]. Its small size, rapid external development, almost full transparency, and the abundant tools available to study it, whether molecular (fluorescent calcium sensors, optogenetics, etc.) or genetic (transgenesis, gene editing, etc.), have made the zebrafish embryo an unparalleled model for in vivo investigations in the neurosciences [3]. Its central nervous system displays the characteristic organization found in vertebrates: a four-lobed brain, a spinal cord, and a neural crest; the biochemistry underlying the functioning of neuronal networks is also closely similar. All neurotransmitters (glutamate, γ-aminobutyric acid (GABA), etc.) and neuromodulators (oxytocin, somatostatin, etc.), and their receptors, and all neuron types (dopaminergic, cholinergic, etc.) and glial cell types (oligodendrocytes, microglia, etc.), exhibit full evolutionary conservation between the fish and mammals [4]. The zebrafish model and the many advantages it offers have already been thoroughly reviewed elsewhere, and so will not be described further here. The usefulness of the zebrafish and its relevance as an in vivo model in the neurosciences are plainly evident in the research articles and reviews that make up this special issue of International Journal of Molecular Sciences “Zebrafish as a model for neurological disorders”., Au cours des deux dernières décennies, la simplicité et la polyvalence du poisson zèbre (Danio rerio) ont contribué à en faire l'un des principaux modèles animaux utilisés pour répondre à un nombre croissant de problèmes, de la recherche fondamentale aux investigations cliniques, en passant par la découverte de médicaments [1] et toxicologie appliquée [2]. Sa petite taille, son développement externe rapide, sa transparence quasi totale et les nombreux outils disponibles pour l'étudier, qu'ils soient moléculaires (capteurs de calcium fluorescents, optogénétique, etc.) ou génétiques (transgenèse, édition de gènes, etc.), ont fait de l'embryon de poisson zèbre un modèle inégalé pour les investigations in vivo en neurosciences [3]. Son système nerveux central présente l'organisation caractéristique des vertébrés : un cerveau à quatre lobes, une moelle épinière et une crête neurale ; la biochimie qui sous-tend le fonctionnement des réseaux neuronaux est également très similaire. Tous les neurotransmetteurs (glutamate, acide γ-aminobutyrique (GABA), etc.) et neuromodulateurs (ocytocine, somatostatine, etc.), et leurs récepteurs, et tous les types de neurones (dopaminergiques, cholinergiques, etc.) et types de cellules gliales (oligodendrocytes, microglie, etc.), présentent une conservation évolutive complète entre les poissons et les mammifères [4]. Le modèle du poisson zèbre et les nombreux avantages qu'il offre ont déjà fait l'objet d'un examen approfondi ailleurs, et ne seront donc pas décrits plus en détail ici. L'utilité du poisson zèbre et sa pertinence en tant que modèle in vivo dans les neurosciences sont clairement évidentes dans les articles de recherche et les revues qui composent ce numéro spécial de l'International Journal of Molecular Sciences "Le poisson zèbre comme modèle pour les troubles neurologiques".

Succinate dehydrogenase inhibitor (SDHI) fungicides are increasingly used in agricultureto combat molds and fungi, two major threats to both food supply and public health. However,the essential requirement for the succinate dehydrogenase (SDH) complex—the molecular target ofSDHIs—in energy metabolism for almost all extant eukaryotes and the lack of species specificity ofthese fungicides raise concerns about their toxicity toward off-target organisms and, more generally,toward the environment. Herein we review the current knowledge on the toxicity toward zebrafish(Brachydanio rerio) of nine commonly used SDHI fungicides: bixafen, boscalid, fluxapyroxad, flutolanil,isoflucypram, isopyrazam, penthiopyrad, sedaxane, and thifluzamide. The results indicatethat these SDHIs cause multiple adverse effects in embryos, larvae/juveniles, and/or adults, sometimesat developmentally relevant concentrations. Adverse effects include developmental toxicity,cardiovascular abnormalities, liver and kidney damage, oxidative stress, energy deficits, changes inmetabolism, microcephaly, axon growth defects, apoptosis, and transcriptome changes, suggestingthat glycometabolism deficit, oxidative stress, and apoptosis are critical in the toxicity of most ofthese SDHIs. However, other adverse outcome pathways, possibly involving unsuspected moleculartargets, are also suggested. Lastly, we note that because of their recent arrival on the market, thenumber of studies addressing the toxicity of these compounds is still scant, emphasizing the need tofurther investigate the toxicity of all SDHIs currently used and to identify their adverse effects andassociated modes of action, both alone and in combination with other pesticides., Les fongicides inhibiteurs de la succinate déshydrogénase (SDHI) sont de plus en plus utilisés en agriculturepour lutter contre les moisissures et les champignons, deux menaces majeures pour l'approvisionnement alimentaire et la santé publique. Cependant,l'exigence essentielle pour le complexe succinate déshydrogénase (SDH) - la cible moléculaire deSDHI - dans le métabolisme énergétique pour presque tous les eucaryotes existants et le manque de spécificité d'espèce deces fongicides soulèvent des inquiétudes quant à leur toxicité vis-à-vis des organismes non ciblés et, plus généralement,envers l'environnement. Ici, nous passons en revue les connaissances actuelles sur la toxicité envers le poisson zèbre(Brachydanio rerio) de neuf fongicides SDHI couramment utilisés : bixafen, boscalid, fluxapyroxad, flutolanil,isolucypram, isopyrazam, penthiopyrad, sedaxane et thifluzamide. Les résultats indiquentque ces SDHI provoquent de multiples effets indésirables chez les embryons, les larves/juvéniles et/ou les adultes, parfoisà des concentrations pertinentes pour le développement. Les effets indésirables comprennent la toxicité pour le développement,anomalies cardiovasculaires, lésions hépatiques et rénales, stress oxydatif, déficits énergétiques, modifications demétabolisme, microcéphalie, défauts de croissance axonale, apoptose et modifications du transcriptome, suggérantque le déficit du glycométabolisme, le stress oxydatif et l'apoptose sont critiques dans la toxicité de la plupart desces SDHI. Cependant, d'autres voies de résultats indésirables, impliquant peut-être des molécules moléculaires insoupçonnéescibles, sont également suggérées. Enfin, notons qu'en raison de leur arrivée récente sur le marché, lesnombre d'études portant sur la toxicité de ces composés est encore faible, soulignant la nécessité deétudier plus avant la toxicité de tous les SDHI actuellement utilisés et identifier leurs effets indésirables etmodes d'action associés, à la fois seuls et en combinaison avec d'autres pesticides.

Organophosphate pesticides and nerve agents (OPs), are characterized by cholinesterase inhibition. In addition to severe peripheral symptoms, high doses of OPs can lead to seizures and status epilepticus (SE). Long lasting seizure activity and subsequent neurodegeneration promote neuroinflammation leading to profound pathological alterations of the brain. The aim of this study was to characterize neuroinflammatory responses at key time points after SE induced by the OP, diisopropylfluorophosphate (DFP). Immunohistochemistry (IHC) analysis and RT-qPCR on cerebral tissue are often insufficient to identity and quantify precise neuroinflammatory alterations. To address these needs, we performed RT-qPCR quantification after whole brain magnetic-activated cell-sorting (MACS) of CD11B (microglia/infiltrated macrophages) and GLAST (astrocytes)-positive cells at 1, 4, 24 h and 3 days post-SE. In order to compare these results to those obtained by IHC, we performed, classical Iba1 (microglia/infiltrated macrophages) and GFAP (astrocytes) IHC analysis in parallel, focusing on the hippocampus, a brain region affected by seizure activity and neurodegeneration. Shortly after SE (1-4 h), an increase in pro-inflammatory (M1-like) markers and A2-specific markers, proposed as neurotrophic, were observed in CD11B and GLAST-positive isolated cells, respectively. Microglial cells successively expressed immuno-regulatory (M2b-like) and anti-inflammatory (M2a-like) at 4 h and 24 h post-SE induction. At 24 h and 3 days, A1-specific markers, proposed as neurotoxic, were increased in isolated astrocytes. Although IHC analysis presented no modification in terms of percentage of marked area and cell number at 1 and 4 h after SE, at 24 h and 3 days after SE, microglial and astrocytic activation was visible by IHC as an increase in Iba1 and GFAP-positive area and Iba1-positive cells in DFP animals when compared to the control. Our work identified sequential microglial and astrocytic phenotype activation. Although the role of each phenotype in SE cerebral outcomes requires further study, targeting specific markers at specific time point could be a beneficial strategy for DFP-induced SE treatment., Les pesticides organophosphorés et les agents neurotoxiques (OP) sont caractérisés par une inhibition de la cholinestérase. En plus des symptômes périphériques graves, des doses élevées d'OP peuvent entraîner des convulsions et un état de mal épileptique (ES). L'activité épileptique de longue durée et la neurodégénérescence subséquente favorisent la neuroinflammation conduisant à de profondes altérations pathologiques du cerveau. Le but de cette étude était de caractériser les réponses neuro-inflammatoires à des moments clés après SE induite par l'OP, le diisopropylfluorophosphate (DFP). L'analyse immunohistochimique (IHC) et la RT-qPCR sur le tissu cérébral sont souvent insuffisantes pour identifier et quantifier avec précision les altérations neuro-inflammatoires. Pour répondre à ces besoins, nous avons effectué une quantification RT-qPCR après un tri cellulaire activé magnétiquement (MACS) du cerveau entier de cellules positives CD11B (microglie/macrophages infiltrés) et GLAST (astrocytes) à 1, 4, 24 h et 3 jours après -SE. Afin de comparer ces résultats à ceux obtenus par IHC, nous avons effectué une analyse IHC classique Iba1 (microglie/macrophages infiltrés) et GFAP (astrocytes) en parallèle, en nous concentrant sur l'hippocampe, une région du cerveau affectée par l'activité épileptique et la neurodégénérescence. Peu de temps après SE (1-4 h), une augmentation des marqueurs pro-inflammatoires (de type M1) et des marqueurs spécifiques à A2, proposés comme neurotrophiques, a été observée dans les cellules isolées CD11B et GLAST-positives, respectivement. Les cellules microgliales ont exprimé successivement des immunorégulateurs (type M2b) et des anti-inflammatoires (type M2a) à 4 h et 24 h post-SE. A 24 h et 3 jours, les marqueurs spécifiques à A1, proposés comme neurotoxiques, étaient augmentés dans les astrocytes isolés. Bien que l'analyse IHC n'ait présenté aucune modification en termes de pourcentage de zone marquée et de nombre de cellules à 1 et 4 h après SE, à 24 h et 3 jours après SE, l'activation microgliale et astrocytaire était visible par IHC comme une augmentation de Iba1 et GFAP-positive et les cellules positives pour Iba1 chez les animaux DFP par rapport au témoin. Notre travail a identifié l'activation séquentielle des phénotypes microgliaux et astrocytaires. Bien que le rôle de chaque phénotype dans les résultats cérébraux SE nécessite une étude plus approfondie, le ciblage de marqueurs spécifiques à un moment précis pourrait être une stratégie bénéfique pour le traitement SE induit par DFP.

As key compounds for modern cultivation practices, organophosphorus (OP)-containing pesticides have become an important public health and environmental issues, worldwide, causing millions human intoxications each year. OP poisoning induces cholinergic syndrome, associating irreversible brain damages with epileptic seizures, possibly ending in life-threatening status epilepticus. Existing countermeasures are life-saving, but insufficiently effective to prevent long lasting neuronal consequences, emphasizing the dire need for animal models mimicking OP poisoning as tools to identify novel anti-OP countermeasures. Here, we used diisopropylfluorophosphate (DFP), a prototypic and moderately toxic OP compound, to generate a zebrafish OP intoxication model and study the consequences of DFP exposure on neuronal activity, larvae behaviour and neuron network organization. DFP poisoning caused marked acetylcholinesterase (AChE) inhibition, resulting in paralysis, decreased oxygen consumption, overexpression of c-Fos neuron activity marker, increased neuron apoptosis and epileptiform seizure-like activity, which was partially alleviated by diazepam treatment. DFP-exposed larvae also showed altered neuron networks with increased accumulation of NR2B-NMDA receptor combined with decreased GAD65/67 and gephyrin protein accumulation. Thus, we described a zebrafish model of DFP poisoning, which should (i) provide important insights into the pathophysiological mechanisms underlying OP intoxication and ensuing brain damage, and (ii) help identify novel therapeutic agents to restore CNS functions following acute OP poisoning.

International audience; Microtubule-associated protein tau (MAPT) hyperphosphorylation and aggregation, are two hallmarks of a family of neurodegenerative disorders collectively referred to as tauopathies. In many tauopathies, including Alzheimer's disease (AD), progressive supranuclear palsy (PSP) and Pick's disease, tau aggregates are found associated with highly sulfated polysaccharides known as heparan sulfates (HSs). In AD, amyloid beta (Aβ) peptide aggregates associated with HS are also characteristic of disease. Heparin, an HS analog, promotes misfolding, hyperphosphorylation and aggregation of tau protein in vitro. HS also provides cell surface receptors for attachment and uptake of tau seeds, enabling their propagation. These findings point to HS-tau interactions as potential therapeutic targets in tauopathies. The zebrafish genome contains genes paralogous to MAPT, genes orthologous to HS biosynthetic and chain modifier enzymes, and other genes implicated in AD. The nervous system in the zebrafish bears anatomical and chemical similarities to that in humans. These homologies, together with numerous technical advantages, make zebrafish a valuable model for investigating basic mechanisms in tauopathies and identifying therapeutic targets. Here, we comprehensively review current knowledge on the role of HSs in tau pathology and HS-targeting therapeutic approaches. We also discuss novel insights from zebrafish suggesting a role for HS 3-O-sulfated motifs in tau pathology and establishing HS antagonists as potential preventive agents or therapies for tauopathies.