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Caroline Dubacq
Author with expertise in Roles of Neurotrophins in Nervous System Function
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Pax3 repairs a neural circuit through a program of directed axon outgrowth

Jorge Jara et al.Feb 25, 2021
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ABSTRACT Repairing damaged or dysfunctional human brain circuits remains an ongoing challenge for biomedical science. While surviving neuronal networks can be reorganised after lesion, for example by neurotrophins, these new connections are disorganised and rarely produce clinical improvement. Here we investigate how to promote axonal growth while retaining correct cellular targeting. We show that, in response to brain-derived neurotrophic factor (BDNF) in target-tissue, potential reinnervating neurons upregulate Pax3. Pax3 in turn increases polysialic acid-neural cell adhesion molecule (PSA-NCAM) on their axon terminals, facilitating their outgrowth and pathfinding, and resulting in correctly-targeted neural circuit repair in the mature nervous system. This is a novel role for Pax3, which we confirmed by showing its expression in afferent neurons is essential for spontaneous and BDNF-induced reinnervation in the developing and mature brains, respectively. Together these results suggest that Pax3 contributes to a repair program, in which axon growth is promoted and direction signaling maintained. These data advance our understanding for accurately rebuilding neural circuits: restricting growth-promotion to potential afferent neurons, as opposed to stimulating the whole circuit, allows axon growth without impairing its guidance.
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Neural circuit repair by low-intensity magnetic stimulation requires cryptochrome

Tom Dufor et al.Sep 23, 2018
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Magnetic brain stimulation is a promising treatment in neurology and psychiatry, but clinical outcomes are variable. Unfortunately, mechanisms underlying magnetic stimulation effects are ill-defined, which impedes the development of stimulation protocols appropriate for different neurological conditions. Here we show, in vivo and ex vivo, that repetitive transcranial magnetic stimulation at low-intensity (LI-rTMS) induces axon outgrowth and synaptogenesis to repair a neural circuit. This repair depends on stimulation pattern, with complex patterns being particularly effective, and its mechanism requires the presence of cryptochrome (Cry), a putative magneto-receptor. Effective LI-rTMS patterns altered expression of Cry target genes known to promote neuronal repair. Because LI-rTMS generates electric fields too weak to depolarise neurons, these findings indicate that the magnetic field itself induces the repair. Our data open a new framework for magnetic stimulation - cryptochrome-mediated molecular and structural neuroplasticity. This information suggests new routes to treatments specific for each neurological disease.
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Primary cilium-dependent cAMP/PKA signaling at the centrosome regulates neuronal migration

Julie Stoufflet et al.Sep 13, 2019
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The primary cilium (PC) is a small centrosome-assembled organelle, protruding from the surface of most eukaryotic cells. It plays a key role in cell migration, but the underlying mechanisms are unknown. Here, we show that the PC regulates neuronal migration via cAMP production activating centrosomal Protein Kinase A (PKA). Biosensor live-imaging revealed a periodic cAMP hotspot at the centrosome of embryonic, postnatal and adult migrating neurons. Genetic ablation of the PC, or knock-down of ciliary Adenylate Cyclase 3, caused hotspot disappearance and migratory defects, with defective centrosome/nucleus coupling and altered nucleokinesis. Delocalization of PKA from the centrosome phenocopied the migratory defects. Our results show that the PC and centrosome form a single cAMP-signaling unit dynamically regulating migration, further highlighting the centrosome as a signaling hub.The primary cilium regulates neuronal migration via cyclic AMP production activating Protein Kinase A at the centrosome