Expression of the transcription factor FOXP2 in brainstem respiratory circuits of adult rat is restricted to upper-airway pre-motor areas

Stanić, Davor; Dhingra, Rishi R.; Dutschmann, Mathias

doi:10.1016/j.resp.2018.01.014

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“…Also, these neurons did not show any descending outputs to the respiratory areas, but adjacent neurons that showed a cFos response to CO2 in the lateral crescent (PBlc) and Kolliker Fuse (KF), do project to respiratory areas (Yokota et al, 2015). Of note, many of the neurons in this area express the transcription factor Forkhead-homeobox protein-2 (FoxP2), which is distributed throughout the respiratory column in both rats and mice (Geerling et al, 2017; Stanic et al, 2018; Figure 5). The glutamatergic FoxP2 neurons in the PBlc and KF have descending projections to respiratory areas such as the ventrolateral medulla including the pre-Bötzinger complex and retroambiguus area, the hypoglossal nucleus, the ventrolateral and commissural subdivisions of NTS, and the intermedio-lateral cell column (IML) and phrenic motor nucleus in the spinal cord (Geerling et al, 2017).…”

Section: Role Of the Pbelcgrp Neurons In Cortical Arousalmentioning

confidence: 99%

Neural Circuitry Underlying Waking Up to Hypercapnia

Kaur

Saper

2019

Front. Neurosci.

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Obstructive sleep apnea is a sleep and breathing disorder, in which, patients suffer from cycles of atonia of airway dilator muscles during sleep, resulting in airway collapse, followed by brief arousals that help re-establish the airway patency. These repetitive arousals which can occur hundreds of times during the course of a night are the cause of the sleep-disruption, which in turn causes cognitive impairment as well as cardiovascular and metabolic morbidities. To prevent this potential outcome, it is important to target preventing the arousal from sleep while preserving or augmenting the increase in respiratory drive that reinitiates breathing, but will require understanding of the neural circuits that regulate the cortical and respiratory responses to apnea. The parabrachial nucleus (PB) is located in rostral pons. It receives chemosensory information from medullary nuclei that sense increase in CO2 (hypercapnia), decrease in O2 (hypoxia) and mechanosensory inputs from airway negative pressure during apneas. The PB area also exerts powerful control over cortical arousal and respiration, and therefore, is an excellent candidate for mediating the EEG arousal and restoration of the airway during sleep apneas. Using various genetic tools, we dissected the neuronal sub-types responsible for relaying the stimulus for cortical arousal to forebrain arousal circuits. The present review will focus on the circuitries that regulate waking-up from sleep in response to hypercapnia.

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Section: Role Of the Pbelcgrp Neurons In Cortical Arousalmentioning

confidence: 99%

Neural Circuitry Underlying Waking Up to Hypercapnia

Kaur

Saper

2019

Front. Neurosci.

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“…FOXP2 is also expressed in brainstem respiratory areas including the pre-Bötzinger complex (which is essential for respiratory rhythmogenesis) and impacts airway morphology [ 107,108 ]. Two lysine demethylases (KDM4B and KDM6B) were also identified.…”

Section: Transcription Factor Binding Site Enrichmentmentioning

confidence: 99%

Whole-Genome Association Analyses of Sleep-disordered Breathing Phenotypes in the NHLBI TOPMed Program

Cade

Lee

Sofer

et al. 2019

Preprint

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Sleep-disordered breathing (SDB) is a common disorder associated with significant morbidity. Through the NHLBI Trans-Omics for Precision Medicine (TOPMed) program we report the first whole-genome sequence analysis of SDB. We identified 4 rare gene-based associations with SDB traits in 7,988 individuals of diverse ancestry and 4 replicated common variant associations with inclusion of additional samples (n=13,257). We identified a multi-ethnic set-based rare-variant association (p = 3.48 × 10 -8 ) on chromosome X with ARMCX3.Transcription factor binding site enrichment identified associations with genes implicated with respiratory and craniofacial traits. Results highlighted associations in genes that modulate lung development, inflammation, respiratory rhythmogenesis and HIF1A-mediated hypoxic response.

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“…Os neurônios do grupamento KF, sobrepostos rostralmente ao grupamento noradrenérgico A7 na ponte, estão envolvidos com a pré-e pós-inspiração, participando de atividades fisiológicas como a tosse, deglutição, reflexos protetivos das vias aéreas, quimiossensibilidade central e periférica, durante o exercício e a vocalização (Damasceno et al, 2014a(Damasceno et al, , 2014bFenik et al, 2008;Geerling et al, 2017;Stanić et al, 2018). Fisiologicamente, a participação dos neurônios desta região no controle neural da respiração é correlacionada com a transição da fase expiratória para a inspiratória, e desta para a pós-inspiratória.…”

Section: Possível Comprometimento De Regiões Com Atividade Pré-e Pós-unclassified

“…Fisiologicamente, a participação dos neurônios desta região no controle neural da respiração é correlacionada com a transição da fase expiratória para a inspiratória, e desta para a pós-inspiratória. Sabe-se também que esta região é composta por neurônios glutamatérgicos localizados em sua maioria na porção rostral deste núcleo e neurônios GABAérgicos encontrados na porção caudal (Geerling et al, 2017;Silva et al, 2016;Stanić et al, 2018). Além disso, a região do KF expressa a proteína FOXP2 (Forkhead box protein 2), tanto em neurônios glutamatérgicos, quanto…”

Section: Possível Comprometimento De Regiões Com Atividade Pré-e Pós-unclassified

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Quimiossensibilidade central e ritmicidade respiratória na Doença de Parkinson.

Oliveira¹

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A Doença de Parkinson (DP) é caracterizada pela perda progressiva dos neurônios dopaminérgicos da Substância Negra porção compacta (SNpc). Estudos mostram redução de neurônios PHOX2B do núcleo retrotrapezóide (RTN) associada a um prejuízo da respiração em repouso e da resposta respiratória induzida por hipercapnia 40 dias após a indução da DP por injeção de 6-OHDA no estriado de ratos. No entanto, a deficiência respiratória induzida por hipercapnia foi restaurada 60 dias após a injeção de 6-OHDA. Nossa hipótese é que outros neurônios quimiossensíveis presentes no Sistema Nervoso Central (SNC) poderiam ser responsáveis pela restauração da quimiossensibilidade central nesse modelo de DP. Dessa forma, nosso objetivo foi investigar se os neurônios noradrenérgicos do Locus Coeruleus (LC), serotoninérgicos da porção pálida da rafe (RPa) ou orexinérgicos do hipotálamo lateral/região perifornicial (HL/PeF) seriam responsáveis por essa restauração nesse modelo. Em ratos, foi avaliada a ventilação (VE) em repouso, frente à hipercapnia (7% CO2) e hipóxia (8%O2) por até 60 dias após a indução do modelo de DP. Os animais foram subdividos em grupos que receberam veículo ou 6-OHDA no estriado e, além disso, também receberam veículo ou toxinas específicas para degenerar os neurônios do LC, da RPa ou do hipotálamo lateral/área perifornicial (HL/PeF). A 6-OHDA levou à redução de 86% dos neurônios da SNpc e as toxinas promoveram redução de 83% dos neurônios do LC, 90% dos neurônios da RPa e 78% dos neurônios do HL/PeF. Os resultados mostraram que nos animais com lesão da SNpc e do LC (n = 6) não houve recuperação da resposta ventilatória à hipercapnia, enquanto no grupo de animais com lesão da SNpc e da RPa (n = 8), a recuperação da resposta aos 60 dias permaneceu intacta; com relação aos animais com lesão da SNpc e HL/PeF (n = 6), observou-se uma recuperação da resposta à hipercapnia somente durante a fase escura e enquanto os animais estavam dormindo. Fizemos também experimentos para observarmos a ativação neuronal desses grupamentos durante hipercapnia e os dados mostraram redução do número de neurônios ativados por hipercania no RTN, e aumento no LC. Nossos dados sugerem que no modelo animal de DP pode ocorrer um processo de neuroplasticidade e os neurônios noradrenérgicos do LC são os principais candidatos a assumirem a função quimiossensível. Palavras-chave: quimiossensível, bulbo, adrenalina, orexina, serotonina.

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Expression of the transcription factor FOXP2 in brainstem respiratory circuits of adult rat is restricted to upper-airway pre-motor areas

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Neural Circuitry Underlying Waking Up to Hypercapnia

Neural Circuitry Underlying Waking Up to Hypercapnia

Whole-Genome Association Analyses of Sleep-disordered Breathing Phenotypes in the NHLBI TOPMed Program

Quimiossensibilidade central e ritmicidade respiratória na Doença de Parkinson.

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