Loin des grandes ambitions largement infructueuses de la biologie moléculaire, voici une publication qui présente une recherche sur un lien de causalité entre l'arthrose du genou et la maladie d'Alzheimer. Ce lien consisterait dans les deux cas en une progression de l'inflammation chronique. Dans cette étude, l'accumulation d'amyloïde et la neurodégénérescence ont progressé plus rapidement chez les souris atteintes d'arthrose. enter image description here L'inflammation aiguë peut être considérée comme la première ligne de défense contre les blessures infligées à un tissu. Le processus d'inflammation aiguë est initié par les cellules immunitaires résidentes déjà présentes dans le tissu impliqué. Ces cellules possèdent des récepteurs de surface appelés récepteur de reconnaissance de motifs moléculaires (PRR), qui peuvent reconnaître deux sous-classes de molécules, qui agissent comme signal déclencheur :

  • les motif moléculaire associé aux pathogènes (PAMP). Les PAMP sont des composés qui sont associés à la présence d'un agent pathogène.
  • les motif moléculaire associé aux dégâts (DAMP). Les DAMP sont des signaux de danger émis par les cellules de l'hôte, associés à des blessures ou à des dommages cellulaires.

L'arthrose du genou, aussi appelée gonarthrose, est la maladie articulaire la plus fréquente, touchant 10 % des hommes et 13 % des femmes de plus de 60 ans. Selon Xue, en 2018, la prévalence de la démence dans un groupe arthrosique était plus élevée que celle du groupe non arthrosiqueet le traitement de l'arthrose a réduit le risque de démence. Malgré les études épidémiologiques en cours sur la corrélation entre la démence et l'arthrose, il n'existe toujours aucune preuve directe montrant sa relation causale.

Les médicaments actuels contre la maladie d'Alzheimer, n'améliorent le déclin cognitif que temporairement et ne peuvent pas arrêter ou inverser la progression de la démence.

L'activation inflammatoire de la microglie est considérée comme un marqueur pathologique et un mécanisme important de la progression des maladies cérébrales dégénératives. Mais on ne sait pas comment les maladies inflammatoires périphériques affectent la neuroinflammation. On ne connait pas non plus le mécanisme par lequel apparait la maladie d'Alzheimer ou l'arthrose.

On pense que l'arthrose est un facteur de risque de démence; cependant, en fait, plusieurs études cliniques n'ont pas trouvé de corrélation avec la maladie d'Alzheimer. C'est peut-être parce que la plupart des patients souffrant d'arthrite prennent des anti-inflammatoires pendant une longue période.

Les souris transgéniques 5xFAD, qui portent cinq mutations maladie d'Alzheimer humaines différentes, ont été utilisées dans cette étude. Les pathologies de la maladie d'Alzheimer, y compris la neuroinflammation, le dépôt de plaque amyloïde et les déficits cognitifs, sont clairement apparues après l'âge de 6 mois. Par conséquent, une déstabilisation chirurgicale du ménisque médial chirurgical a été réalisé par les scientifiques Coréens sur des souris âgées de 3 mois pour induire l'arthrose avant l'apparition de la maladie d'Alzheimer. Les tissus du cerveau et du genou ont été prélevés 4 mois après la chirurgie. Cela a conduit à une perte lente et progressive du cartilage articulaire, qui ressemblait aux conditions humaines d'arthrose.

Dans le cerveau des patients atteints de démence, les cellules composant la microglie qui sont principalement responsables de l'immunité cérébrale, prennent un phénotype différent. En particulier, la microglie autour des plaques amyloïdes existe sous une forme dans laquelle la capacité à éliminer les substances toxiques et à sécréter des substances régénérantes est perdue. Un dysfonctionnement de la microglie et une sécrétion accrue de facteurs neurotoxiques, tels que des cytokines inflammatoires excessives, des espèces réactives de l'oxygène et du NO, sont couramment observés dans le cerveau de la maladie d'Alzheimer, entraînant la mort des cellules neuronales et la perte de synapses, accélérant par conséquent la progression des maladies neurodégénératives.

Plusieurs mécanismes possibles peuvent expliquer comment l'arthrose du genou peut exacerber la neuroinflammation. L'arthrose est associée à des taux significativement plus élevés de cytokines pro-inflammatoires sanguines IL-1β, IL-6 et de protéine C-réactive (CRP). Les taux sanguins de CRP reflètent une inflammation locale des articulations chez les patients atteints d'arthrose avancée, et l'IL-1β et la CRP sont des facteurs de risque importants pour le développement de la maladie d'Alzheimer. L'IL-1β est également connu pour stimuler la production de protéines précurseurs de la β-amyloïde, régulant ainsi le dépôt de plaque amyloïde dans le cerveau de la maladie d'Alzheimer. De plus, l'IL-1β et le TNF-α peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique, induisant par la suite une activation microgliale et entraînant une neuroinflammation et une neurodégénérescence.

La distance totale parcourue par les souris atteintes d'arthrose induite par la déstabilisation chirurgicale du ménisque médial était plus courte que celle des souris factices. Par conséquent, les chercheurs ne pouvent pas exclure que la physiopathologie de la maladie d'Alzheimer ait été exacerbée par la diminution de l'activité physique détectée chez les souris atteintes d'arthrose.

En conclusion, l'arthrose semble être un facteur de risque de la maladie d'Alzheimer.

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Il y a trois décennies, les scientifiques pensaient avoir percé le mystère médical de ce qui cause la maladie d'Alzheimer avec une idée connue sous le nom d'hypothèse de la cascade amyloïde. Dans cette hypothèse une protéine appelée bêta-amyloïde forme des plaques collantes et toxiques entre les neurones et font dépérir le cerveau. Les amyloïdes sont des agrégats de protéines, les amyloïdes sont connus pour provenir de nombreuses protéines différentes. Les raisons pour lesquelles l'amyloïde provoque des maladies ne sont toujours pas claires. Les plaques amyloïdes sont des dépôts extracellulaires de bêta-amyloïde. La bêta-amyloïde (Aβ) est une petite protéine qui est libérée à partir d'une protéine mère plus longue appelée protéine précurseur Aβ (APP). L'APP est produite par de nombreux types de cellules dans le corps, mais elle est particulièrement abondante dans les neurones.

L'hypothèse de la cascade amyloïde était simple et convaincante, et des décennies de travail et des milliards de dollars ont été investis dans le financement d'essais cliniques de dizaines de composés médicamenteux ciblant les plaques amyloïdes. Pourtant, presque aucun de ces essais n'a montré d'avantages significatifs pour les patients atteints de la maladie. Cela jusqu'en septembre 2022, lorsque les géants pharmaceutiques Biogen et Eisai ont annoncé que dans un essai clinique de phase 3, les patients prenant le médicament anti-amyloïde lecanemab présentaient une baisse de leur cognition de 27 % inférieure à celle des patients prenant un placebo.

Une lacune majeure dans les théories centrées sur l'amyloïde de la maladie d'Alzheimer est cependant que les fibrilles amyloïdes en soi ne sont pas toxiques, bien que le diagnostic de maladie d'Alzheimer est clairement corrélé à la densité des dépôts de bêta-amyloïde (Aβ).

Il y a des alternatives à l'hypothèse de la cascade amyloïde. De nombreux chercheurs ont pensé que la réponse pourrait résider dans les enchevêtrements Tau – des faisceaux anormaux de protéines à l'intérieur des neurones qui sont également caractéristiques de la maladie d'Alzheimer et encore plus étroitement liés aux symptômes cognitifs que les plaques amyloïdes. D'autres pensent qu'une activité immunitaire excessive ou mal placée pouvait enflammer et endommager les tissus nerveux délicats. D'autres encore ont suspecté des dysfonctionnements dans le métabolisme du cholestérol ou dans les mitochondries qui alimentent les neurones.

Des chercheurs ont développé un modèle mathématique expliquant en quoi les plaques amyloides seraient toxiques. Leur modèle a fait l'objet d'une pré-publication sur MedRxiv.

Le problème ne serait pas leur formation, mais plutôt leur destruction qui serait toxique. les scientifiques ont supposé que l'absorption cellulaire d'amyloïde est un facteur important définissant la toxicité de l'Aβ in vivo. Leur hypothèse est qu'en raison de l'intensité du renouvellement des protéines, les graines d'agrégation ne se forment pas dans le liquide interstitiel, mais apparaissent d'abord de manière intracellulaire à partir de l'Aβ endocytosé. Après avoir été exocytosées, ces graines se développent en agrégeant l'Aβ soluble et deviennent des plaques séniles.. Des idées similaires sont proposées depuis une vingtaine d'années. enter image description here Source Merrill Sherman/Quanta Magazine

Dans ce modèle, les dommages cytotoxiques sont proportionnels à l'absorption cellulaire d'Aβ, tandis que la probabilité d'un diagnostic de maladie d'Alzheimer est définie par la cytotoxicité Aβ accumulée pendant la durée de la maladie.

Après absorption, Aβ est concentré par voie intralysosomale, favorisant la formation de germes de fibrillation à l'intérieur des cellules. Ces graines ne peuvent pas être digérées et sont soit accumulées de manière intracellulaire, soit exocytosées.

Aβ commence à s'agréger sur les graines extracellulaires et, par conséquent, sa concentration diminue dans le liquide interstitiel.

La dépendance de la toxicité et de l'agrégation de l'Aβ sur le même processus - l'absorption cellulaire de l'Aβ - explique la corrélation entre le diagnostic de maladie d'Alzheimer et la densité des agrégats amyloïdes dans le cerveau.

Les chercheurs ont testé leur modèle à l'aide de données cliniques obtenues auprès de l'Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative (ADNI), qui comprenait des enregistrements de la concentration de bêta-amyloïde dans le liquide céphalo-rachidien (CSF-Aβ42) et de la densité des dépôts de bêta-amyloïde mesurés à l'aide de la tomographie par émission de positrons. (ANIMAUX). Le modèle prédit la probabilité de diagnostic de maladie d'Alzheimer en fonction du CSF-Aβ42 et de la TEP et ajuste les données expérimentales au niveau de confiance de 95 %.

Cette étude montre que les données cliniques existantes permettent d'inférer des paramètres cinétiques décrivant le renouvellement de la bêta-amyloïde et la progression de la maladie. Chaque combinaison de valeurs CSF-Aβ42 et PET peut être utilisée pour calculer le taux d'absorption cellulaire de l'individu, la durée effective de la maladie et la toxicité accumulée. Ce modèle serait le premier à expliquer mécaniquement la corrélation négative entre la concentration d'Aβ42 dans le LCR et la probabilité d'un diagnostic de maladie d'Alzheimer.

Andrographis paniculata, commonly known as creat or green chiretta, is an annual herbaceous plant widely cultivated in Southern and Southeastern Asia, where it has been believed to be a treatment for bacterial infections and some diseases. Andrographolide is the major constituent extracted from the leaves of the plant enter image description here Source: J.M.Garg - Own work, via Wikipedia

Andrographolide is a labdane diterpenoid that has been isolated from the stem and leaves of Andrographis paniculata. Andrographolide is an extremely bitter substance.

Andrographolide has been studied for its effects on Alzheimer's Disease, Parkinson's disease, multiple sclerosis and stroke.

A new andrographolide-based terminal alkyne was synthesized in good yield from andrographolide by India's scientists. Andrographolide was obtained from a natural compound andrographolide , which in turn was isolated from the leaves of the plant .

Copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition reaction of alkyne with -sugars furnished a library of andrographolide-fastened triazolyl glycoconjugates in good yields. The structures of these semisynthetic andrographolide derivatives were established by Fourier transform infrared, NMR, and mass spectroscopy. enter image description here The compounds were further evaluated against Alzheimer's disease using a scopolamine-induced memory impairment mice model. It was observed that antioxidant and anticholinesterase properties of these compounds contribute significantly toward their remarkable potential to improve cognitive functioning.

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This is probably unimportant but who knows. 26 Scientists from Australia, China and US, wanted to find a blood-based diagnostics in sporadic Alzheimer's disease. Such a blood test would permit quick and low cost diagnosis in at-risk individuals. While they didn't discuss it explicitly, their work implies that immune system activation in Alzheimer's disease.

But let's go back to the topic of a putative blood test. Today positron emission tomography (PET) neuroimaging and cerebrospinal fluid (CSF) measurements, the most commonly used biomarkers, can yield an accurate diagnosis of Alzheimer's disease. However, this approach is not feasible as a routine screening tool in a clinical environment. Therefore, there is a critical need to develop blood-based, cost-effective screening tools to detect AD in asymptomatic patients.

While current biomarkers have conventionally focused on the central nervous system (CNS), emerging evidence have shown abnormal systemic changes in the whole body.

This is an intriguing notion, Alzheimer's disease is thought as a disease of the central nervous system, or even only of the brain. Changes in other physiological systems such as the blood circulatory system or immune systems hint at a different etiology or at least mean that we do not reallyunderstand Alzheimer's disease.

Complement control protein are proteins that interact with components of the complement system. enter image description here

The complement system consists of a number of small proteins that are synthesized by the liver, and circulate in the blood as inactive precursors. When stimulated by one of several triggers, it releases cytokines and initiates an amplifying cascade which results in stimulation of phagocytes to clear foreign and damaged material, and activation of the cell-killing membrane attack complex.

About 50 proteins and protein fragments make up the complement system, including serum proteins, and cell membrane receptors.

This study was comprised of four stages.

  • Stages I and II were exploratory and were aimed at investigating major leukocyte and CD markers. The scope of leukocyte surface antigens detected in Stage II was readjusted in Stage III. A total of 34 leukocyte antigens types were examined by flow cytometry immunophenotyping.

  • In Stage III, immune markers associated with AD risk alleles that potentially operate through immune cells, including microglia (thought to play a key role in AD pathogenesis), were included. Markers linked with newly identified changes in leukocytes that may be associated with the onset of AD were also included. These experiments resulted in the identification of three key biomarkers that together had high validity and reliability in identifying subjects presenting with preclinical or clinical AD and other brain biomarkers associated with the disease.

  • The results were validated in an independent cohort, Stage IV.

The scientists identified leukocyte markers differentially expressed in the patients with Alzheimer's disease. They propose a panel for the Alzheimer blood test that includes four leukocyte markers - CD11c, CD59, CD91, and CD163. CD163 was the top performer in preclinical models. These findings have been validated in two independent cohorts.

These biomarkers could have a major impact on clinical practice by allowing primary care physicians to identify individuals at high risk of having amyloid burden in their brains with a simple blood test. A future longitudinal study could provide information about the potential changes in these biomarkers over time as the disease progresses in a given individual.

In this article the authors do not discuss about the Alzheimer etiology, but IMO their results could reinforce the hypotheses about Alzheimer disease resulting from an infection.

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Scientists have previously reported that Gypenoside LXXV, a novel natural PPARγ agonist isolated from Gynostemma pentaphyllum, ameliorated cognitive deficits in db/db mice. enter image description here Gynostemma pentaphyllum is used in folk medicine, typically as an herbal tea.

Peroxisome proliferator-activator receptors (PPARs) regulate lipid and glucose metabolism, control inflammatory processes, and modulate several brain functions. Peroxisome proliferator-activated receptor γ agonist regulates neural plasticity in various neurodegenerative disorders. A well known drug in this class is pioglitazone.

Plant based PPAR agonists includes flavonoids, fatty acids, cannabinoids, curcumin, genistein, capsaicin, and piperine. Gypenosides are triterpenoid saponins derived from Gynostemma pentaphyllum, a climbing plant in the family Cucurbitaceae. Cucurbitaceae are generally herbaceous plants, annual or perennial, with a creeping or climbing habit, with stems provided with tendrils, and more rarely shrubs. Saponins are bitter-tasting usually toxic plant-derived organic chemicals that have a foamy quality when agitated in water.

Many Cucurbitaceae species are cultivated for their edible fruits (gourds, courgettes, cucumbers, pickles, buttermilk, melons, watermelons, chayotes, etc.) and sometimes for their seeds (oil gourd, African pistachio). Their domestication dates back thousands of years,

In this study, the authors further investigated the beneficial effects on cognitive impairment in APP/PS1 mice and a mouse model of diabetic Alzheimer's disease.

Intragastric administration of Gypenoside-75 for 3 months significantly attenuated cognitive deficits in APP/PS1 and APP/PS1xdb/db mice. Gypenoside-75 treatment markedly reduced the levels of glucose, HbA1c and insulin in serum and improved glucose tolerance and insulin sensitivity in APP/PS1xdb/db mice. It also decreased the β-amyloid burden, as measured by C-PIB PET imaging.

Importantly, Gypenoside-75 treatment increased brain glucose uptake as measured by F-FDG PET imaging. Moreover, Gypenoside-75 treatment upregulated PPARγ and increased phosphorylation of Akt and GLUT4 expression levels but decreased phosphorylation of IRS-1 in the hippocampi of both APP/PS1 and APP/PS1xdb/db mice.

Furthermore, Gypenoside-75-induced increases in GLUT4 membrane translocation in primary hippocampal neurons from APP/PS1xdb/db mice was abolished by cotreatment with the selective PPARγ antagonist GW9662 or the PI3K inhibitor LY294002.

In summary, Gypenoside-75 ameliorated cognitive deficits in APP/PS1 and APP/PS1xdb/db mice by enhancing glucose uptake via activation of the PPARγ/Akt/GLUT4 signaling pathways.

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De plus en plus d'éléments suggèrent que la maladie d'Alzheimer est liée au diabète de type 2, qui a été décrit comme le « diabète de type 3 ».

Le diabète sucré est caractérisé par une hyperglycémie causée par un manque d'insuline ou une résistance à l'insuline. L'insuline est une hormone chargée d'aider le glucose des aliments à pénétrer dans les cellules pour être utilisé comme source d'énergie. Le diabete est donc familièrement associé à la perte de poids et un appétit vorace. Le diabete est associée au développement de complications secondaires. Des études récentes ont révélé un risque accru de développer un dysfonctionnement cognitif ou une démence chez les patients diabétiques. enter image description here Le diabète sucré est considéré comme un facteur de risque pour de nombreuses maladies neurodégénératives, dont la maladie d'Alzheimer. Des études ont en effet montré le dysfonctionnement de la signalisation de l'insuline dans le cerveau, c'est à dire que les cellules du cerveau sont affamés par manque de glucose.

Ce stress cellulaire entraîne une augmentation de la phosphorylation de la protéine tau (hyperphosphorylation), ce qui est un biomarqueur de la pathologie de la maladie d'Alzheimer. Ce stress cellulaire modifierait l'activité de la glycogène synthase kinase-3β (GSK-3β) et améliorerait la phosphorylation de tau.

Fait intéressant, plusieurs études in vivo avec des médicaments antidiabétiques oraux et un traitement à l'insuline dans le diabète ont amélioré la fonction cognitive et diminué l'hyperphosphorylation de tau.

La glycogène synthase kinase-3 (GSK-3) est une protéine phosphorylant et inactivant la glycogène synthase. Au contraire l'insuline stimule la glycogène synthase.

Les glycations se produisent principalement dans la circulation sanguine pour une petite proportion des sucres simples absorbés : glucose, fructose et galactose. Les produits finaux de glycation avancée (AGE) sont des protéines ou des lipides qui deviennent glyqués à la suite d'une exposition aux sucres. Certains produits de glycation sont impliqués dans de nombreuses maladies chroniques liées à l'âge, notamment les maladies cardiovasculaires (l'endothélium, le fibrinogène et le collagène sont endommagés) et la maladie d'Alzheimer (les protéines amyloïdes sont des sous-produits des réactions évoluant vers les AGE).

Dans cette étude, les auteurs de l'university Minzu en Mongolie intérieure, étudient les effets des produits finaux de glycation avancée sur les neurones comme modèles de la maladie d'Alzheimer. C'est peut-être une influence culturelle qui les a poussé à s'interroger sur l'intérêt de la calycosine dans la maladie d'Alzheimer. En effet un thérapeute de la cour mongole, Hu Sihui, sous le règne de la dynastie mongole Yuan en Chine, est connu pour son livre Yinshan Zhengyao (Principes importants de la nourriture et des boissons), qui est devenu un classique de la médecine chinoise et de la cuisine chinoise. Il a été le premier à découvrir empiriquement et à décrire clairement les maladies de carence.

La calycosine est une isoflavone O-méthylée. Elle peut être isolée de la racine de l'Astragalus membranaceus mongholicus ainsi que du trèfle rouge. L'Astragalus membranaceus, est une plante à fleurs de la famille des Fabacées et fait partie des 50 herbes fondamentales utilisées dans la médecine traditionnelle mongole.

Le trèfle rouge, est une plante à fleurs, elle aussi de la famille Fabaceae.

Les isoflavones sont des dérivés substitués des isoflavones, un type d'isoflavonoïdes naturels, dont beaucoup agissent comme phytoestrogènes chez les mammifères. Les isoflavones sont produites presque exclusivement par les membres de la famille Fabaceae (égumineuses).

Les résultats in-vitro que les scientifiques rapportent ici révélent que la viabilité des cellules PC12 induites par les AGE augmente lorsqu'elles sont traitées avec de la calycosine.

La lignée cellulaire PC12 est souvent utilisée pour obtenir des d'informations sur les maladies du cerveau. Elle a été utilisé dans la recherche sur l'hypoxie et aussi pour trouver quels fragments de protéine prion causent un dysfonctionnement neuronal.

Les scientifiques ont également observé que les capacités d'apprentissage et de mémoire de rats atteints de la maladie d'Alzheimer, liée à la diabète sucré induite par l'AGE, s'amélioraient dans ces conditions.

L'analyse de ces résultats indique donc que la calycosine peut réguler efficacement à la baisse l'activité de GSK-3β, qui inactive la glycogène synthase, ce qui améliore les effets du diabète.

On peut en déduire que la calycosine peut potentiellement présenter d'importantes propriétés thérapeutiques pouvant être exploitées lors du traitement de la maladie d’Alzheimer, notamment quand elle est liée à un diabète sucré.

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Alcohol Intake and dementias

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enter image description here Alzheimer's disease (Alzheimer's disease) is progressive brain disease that affects cognition, memory and behavior.

TDP-43 limbic-predominantly age-related encephalopathy (LATE) is a recently defined common neurodegenerative disorder that mimics the clinical symptoms of Alzheimer's disease.

LATE is a very common condition, typically it affects one third of people older than 75 years of age. This is in contrast to Alzheimer's disease pathology, which tends to level off and perhaps decrease in prevalence among persons beyond age 85 years.

TDP-43 is the major disease protein found in frontotemporal dementia and in amyotrophic lateral sclerosis.

At present, the risk factors involved in LATE and those that differentiate it from Alzheimer's disease are largely unknown.

Managing cardiovascular risk factors, maintaining an active lifestyle, and eating a balanced diet are associated with a reduced risk of AD or a lower rate of cognitive decline. Alcohol consumption is widespread and socially encouraged and is rarely associated with neurodegenerative diseases.

However, alcoholism leads to brain atrophy, and long-term alcohol use can damage almost every organ and system in the body. enter image description here

Authors of a new article used an algorithmic approach to identify important factors that distinguish patients with LATE and/or Alzheimer's disease from controls with significantly imbalanced data.

They analyzed two ROSMAP and NACC datasets and found that lifetime alcohol consumption was one of the most important lifestyle and environmental factors associated with LATE and Alzheimer's disease, and that their associations varied. In particular, the authors identified a specific subpopulation consisting of APOE-e4 carriers.

The authors found that for this subpopulation, light to moderate alcohol consumption was a protective factor against Alzheimer's disease and LATE, but its protective function against Alzheimer's disease appeared to be stronger than LATE.

The codes for authors' algorithms will be (hopefully) available at https://github.com/xinxingwu-uk/PFV.

Studies in arthropods have revealed the existence of mental maps of their position that are very effective in achieving their objective. These maps make it possible to determine their position and the direction to follow. Scientists call these maps "path integration". enter image description here Three important discoveries showed how these mental maps were implemented in the mammalian brain. * The first, in the early 1970s, is that hippocampal neurons, called place cells, respond to the position of the animal. * The second, in the early 1990s, is that neurons in neighboring regions, called head direction cells, respond in the direction of the animal's head. This makes it possible to manipulate movement information and see how the location and lead direction cells react. * The third finding was that the organization of neurons in the dorsomedial entorhinal cortex, named grid cells, closely resemble a sheet of squared paper organized in a hexagonal fashion and suggests that place cells can use grid cells to calculate distances. enter image description here Deficits of path integration, ie of these mental maps, manifest themselves at the onset of Alzheimer's disease. Decades before the expected onset of the disease subtle changes in pathway integration are also present in adults at genetic risk for Alzheimer's disease.

Previous studies of path integration have focused on tasks based on visual cues. The vestibular system is a barosensitive sensory organ, located in the inner ear, which contributes to the sensation of movement and balance in most mammals. So the study of these "path integration" maps must absolutely involve the vestibular system. This is realized in a new study published on MedRxiv, by Gillian Coughlan, Michael Hornberger and their colleagues.

One hundred and fifty participants aged 50-75 were recruited to take part in a research study at the University of East Anglia, Norwich, UK.

Saliva kits were sent to participants home and returned to the university the same day the saliva sample was taken to determine APOE genotype status. Sensor data was collected on the iPad-based assessment tool. The final sample size of 53 included 32 ε3ε3 carriers and 21 cross-sectional ε3ε4 carriers, each of whom completed the background cognitive test and vestibular task on the same day, as well as 3 homozygous APOE-ε4ε4 carriers.

The participants were asked to raise their legs (i.e. without touching the ground) and were turned over by the manipulator. Three seconds after the end of the flip, participants had to point the iPad as precisely as possible in the direction of the starting point, while still wearing the headband and earplugs. The iPad recorded vestibular data: acceleration, rotation and direction.

The scientists' results show impaired vestibular function, a deficiency in people at genetic risk for Alzheimer's disease. Vestibular function differentiated ε3ε4 carriers from ε3ε3 carriers, regardless of demographic background. Machine learning algorithms achieved significant performance in classifying genetic groups based on vestibular function, while univariate statistics failed to identify vestibular differences between APOE groups.

Animal and human studies also suggest a strong anatomical and functional interdependence between the vestibular system and the navigational system. Dysregulation of the vestibular system is associated with deficits in pathway integration.

Vestibular signals that influence pathway integration in preclinical Alzheimer's disease can help identify pathological changes before disease onset and thus guide treatment.

Identifying vestibular contributions to the cognitive phenotype of preclinical Alzheimer's disease is important because vestibular dysfunction is often present with treatable hearing loss. Additionally, vestibular balance training improved spatial orientation in monkeys with severe vestibular damage, suggesting that human adults with vestibular dysfunction, might respond to vestibular implant and/or intensive vestibular training.

Moreover, as the vestibular system has extensive connections with brain regions vulnerable to Alzheimer's disease, including the hippocampus, cingulate cortex, and parietal lobe, vestibular stimulation may indeed improve cognitive performance related to integrity of these brain regions, including disorientation and memory loss due to Alzheimer's disease.

Humans and other mammals have two hippocampi, one in each side of the brain. The hippocampus is part of the limbic system, and plays important roles in the consolidation of information from short-term memory to long-term memory, and in spatial memory that enables navigation. enter image description here

In the human, adult neurogenesis has been shown to occur at low levels, and in only three regions of the brain: the lateral ventricles, the amygdala and the hippocampus.

Hippocampal neurogenesis is impaired in Alzheimer’s disease patients, yet, it is unknown whether new neurons play a causative role in memory deficits. Dans un nouvel article Rachana Mishra, Orly Lazarov and colleagues show that immature neurons were actively recruited into the engram following a hippocampus-dependent task. An engram is the association of neuronal physical areas to external stimulus.

To examine whether the augmentation of adult hippocampal neurogenesis rescues learning and memory deficits in FAD, they generated four mouse model of familial Alzheimer disease with inducible neurogenesis. Bax gene deletion is known to enhance the survival of neural progenitor cells and led to increased neurogenesis. Bax belongs to the BCL2 family members which act as anti- or pro-apoptotic regulators, as usual, involved in a wide variety of cellular activities.

Targeted augmentation of neurogenesis in familial Alzheimer’s disease mice restored the number of new neurons in the engram, the dendritic spine density, and the transcription signature of both immature and mature neurons, ultimately leading to the rescue of memory. enter image description here

Chemogenetic inactivation of immature neurons following enhanced neurogenesis in Alzheimer’s disease, reversed mouse performance, and diminished memory. Notably, Alzheimer’s disease-linked App, ApoE, and Adam were of the top differentially expressed genes in the engram.

Collectively, these observations suggest that defective neurogenesis contributes to memory failure in Alzheimer’s disease.

First is the direct evidence that immature neurons in the DG play a role in hippocampus-dependent memory engram in wild-type and FAD mice.

Second, impairments in hippocampal neurogenesis cause defective engram formation in FAD and underlie memory deficits.

Third, an increasing level of neurogenesis rescues memory by restoring the engram.

Fourth, immature neurons are required for proper memory formation in FAD.

Fifth, augmenting neurogenesis rescues deficits in spine density in both immature and mature engram neurons in the DG of FAD mice.

Sixth, augmenting neurogenesis modulates the profile of immature and mature engram neurons in the DG to resemble the transcription profile of engram cells in wild-type mice.

Seventh, AD-linked signals, particularly App, Apoe, and Adam, play a role in the engram and are modulated following augmentation of neurogenesis and rescue of memory.

Iron accumulates in the brain with age and catalyzes free radical damage to neurons, thus playing a pathogenic role in Alzheimer's disease. To decrease the incidence of Alzheimer's disease, the authors synthesized the iron-affinitive peptide 5YHEDA to scavenge the excess iron in the senile brain: YHEDAYHEDAYHEDAYHEDAYHEDA.

However, the blood-brain barrier (a layer of cells around blood vessels in central nervous system) blocks the entrance of macromolecules into the brain, thus decreasing the therapeutic effects. Several receptors present in the BBB, including transferrin, the insulin receptor, and the low-density lipoprotein receptor (LDLR), are known to allow the passage of cognate protein ligands into the brain

To facilitate the entrance of the 5YHEDA peptide, the authors linked the low-density lipoprotein receptor-binding segment of ApoB-100 to 5YHEDA. Apolipoprotein B-100 (ApoB-100) is a lipid carrier. When recognized and bound by LDLR at the BBB, the complex can be converted to an endosome, subsequently resulting in transcytosis to the abluminal side of the BBB.

There, the apolipoprotein can be released for uptake by neurons and/or astrocytes when the pH is reduced, and the receptor is recycled to the cell surface.

Lipid-interactive regions and LDLR-binding regions are scattered in ApoB-100. The primary LDLR-binding region is located between amino acids 3359 and 3367, which consists of nine amino residues with the sequence “QSDIVAHLL”. To facilitate transport of the therapeutic YHEDA peptide across the BBB, the authors added the aforementioned LDLR-binding segment in ApoB-100 to the C-terminal of the synthesized therapeutic 5-YHEDA oligomer.

bs-5-YHEDA: YHEDAYHEDAYHEDAYHEDAYHEDA QSDIVAHLL

Using this method, they intended to deliver 5-YHEDA into the brains of senescent (SN) mice via LDLR-mediated endocytosis.

The SN Kunming mice exhibiting AD symptoms were divided into untreated, 5-YHEDA–treated, and bs-5- YHEDA–treated groups. Two hundred microliters of 20 mM 5-YHEDA or bs-5-YHEDA solution was intracardially injected into each mouse in the latter two groups weekly. The 6-month-old mice and the aging mice that did not display SN symptoms were used as the controls. Six weeks later, all mice underwent a 4-day MWM test after 1 day of adaptation. The path that the mouse swam to return to the underwater platform and the time spent were recorded to evaluate the individual’s cognitive ability

The results of intravenous injections of bs-5YHEDA into senescent mice demonstrated that bs-YHEDA entered the brain, increased ferriportin levels, reduced iron and free radical levels, decreased the consequences of neuronal necrosis and ameliorated cognitive disfunction without kidney or liver damage. bs-5YHEDA is a safe iron and free radical remover that potentially alleviates aging and Alzheimer's disease.

The bs-5-YHEDA–treated SN mice took only 57 seconds on average and swam 220 cm to return to the hidden platform in the MWM, nearly 25 seconds faster and 90 cm less than the untreated mice and the 5-YHEDA–treated SN mice , which suggests that the synthesized bs-5-YHEDA peptide prevented the deterioration of cognition and memory in the mice.

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