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Evidence for altered dendritic spine compartmentalization in Alzheimer’s disease and functional effects in a mouse model

Authors :
Brigitte Potier
Manon Thierry
Benoît Delatour
Alexandre Androuin
Daniel Cattaert
Patrick Dutar
Charles Duyckaerts
Serge Marty
Khalid Hamid El Hachimi
Antoine Triller
Lydia Danglot
U. Valentin Nägerl
Ihsen Youssef
Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière = Brain and Spine Institute (ICM)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [APHP]-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de psychiatrie et neurosciences (U894 / UMS 1266)
Université Paris Descartes - Paris 5 (UPD5)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Laboratoire de neurobiologie des réseaux (LNR)
Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Jacques Monod (IJM (UMR_7592))
Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie de l'Ecole Normale Supérieure (IBENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [APHP]-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Biologie Cellulaire de la Synapse Normale et Pathologique
Département de Biologie - ENS Paris
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie de l'ENS Paris (UMR 8197/1024) (IBENS)
École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP]
Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de biologie de l'ENS Paris (IBENS)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Département de Biologie - ENS Paris
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)
Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)
Source :
Acta Neuropathologica, Acta Neuropathologica, Springer Verlag, 2018, 135 (6), pp.839-854. ⟨10.1007/s00401-018-1847-6⟩
Publication Year :
2018
Publisher :
Springer Science and Business Media LLC, 2018.

Abstract

International audience; Alzheimer's disease (AD) is associated with a progressive loss of synapses and neurons. Studies in animal models indicate that morphological alterations of dendritic spines precede synapse loss, increasing the proportion of large and short ("stubby") spines. Whether similar alterations occur in human patients, and what their functional consequences could be, is not known. We analyzed biopsies from AD patients and APP x presenilin 1 knock-in mice that were previously shown to present a loss of pyramidal neurons in the CA1 area of the hippocampus. We observed that the proportion of stubby spines and the width of spine necks are inversely correlated with synapse density in frontal cortical biopsies from non-AD and AD patients. In mice, the reduction in the density of synapses in the stratum radiatum was preceded by an alteration of spine morphology, with a reduction of their length and an enlargement of their neck. Serial sectioning examined with electron microscopy allowed us to precisely measure spine parameters. Mathematical modeling indicated that the shortening and widening of the necks should alter the electrical compartmentalization of the spines, leading to reduced postsynaptic potentials in spine heads, but not in soma. Accordingly, there was no alteration in basal synaptic transmission, but long-term potentiation and spatial memory were impaired. These results indicate that an alteration of spine morphology could be involved in the early cognitive deficits associated with AD.

Details

ISSN :
14320533 and 00016322
Volume :
135
Database :
OpenAIRE
Journal :
Acta Neuropathologica
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9fc7b280773fbbe48749b55388605c21