Structure function relationships of ENaC and its role in sodium handling.

The epithelial sodium channel (ENaC) in the apical membrane of polarized epithelial cells is the rate-limiting step for Na entry into the cell; in series with the basolateral Na pump, it allows the vectorial transepithelial transport of Na ions. ENaC is expressed in different epithelia like the distal nephron or colon, and the airways epithelium. In the lung ENaC controls the composition and the amount of pulmonary fluid, whereas in the distal nephron ENaC under the control of aldosterone and vasopressin, is essential to adapt the amount of Na+ reabsorbed with the daily sodium intake. Activating mutations of ENaC cause severe disturbances of Na+ homeostasis leading to hypertension in human and in mouse models. Functional expression of ENaC in different cell systems allowed the identification of structural domains of the protein that are essential for channel function and/or modulation of channel activity. Site-directed mutations in specific domains of the channel protein lead to channel hyperactivity or channel loss of function. Knowledge about ENaC structure-function relationships opens new opportunities for development of pharmacological tools for controlling ENaC activity, such as channel activators of potential benefit in the treatment of pulmonary edema, or highly potent ENaC blockers with natriuretic effects.

Assessing dystrophies and other muscle diseases at the nanometer scale by atomic force microscopy.

AIM: Atomic force microscopy nanoindentation of myofibers was used to assess and quantitatively diagnose muscular dystrophies from human patients. MATERIALS & METHODS: Myofibers were probed from fresh or frozen muscle biopsies from human dystrophic patients and healthy volunteers, as well as mice models, and Young's modulus stiffness values were determined. RESULTS: Fibers displaying abnormally low mechanical stability were detected in biopsies from patients affected by 11 distinct muscle diseases, and Young's modulus values were commensurate to the severity of the disease. Abnormal myofiber resistance was also observed from consulting patients whose muscle condition could not be detected or unambiguously diagnosed otherwise. DISCUSSION & CONCLUSION: This study provides a proof-of-concept that atomic force microscopy yields a quantitative read-out of human muscle function from clinical biopsies, and that it may thereby complement current muscular dystrophy diagnosis.

Qualitative structure-metabolism relationships in the hydrolysis of carbamates.

The aims of this review were 1) to compile a large number of reliable literature data on the metabolic hydrolysis of medicinal carbamates and 2) to extract from such data a qualitative relation between molecular structure and lability to metabolic hydrolysis. The compounds were classified according to the nature of their substituents (R³OCONR&supl;R²), and a metabolic lability score was calculated for each class. A trend emerged, such that the metabolic lability of carbamates decreased (i.e., their metabolic stability increased), in the following series: Aryl-OCO-NHAlkyl >> Alkyl-OCO-NHAlkyl ~ Alkyl-OCO-N(Alkyl)? ? Alkyl-OCO-N(endocyclic) ? Aryl-OCO-N(Alkyl)? ~ Aryl-OCO-N(endocyclic) ? Alkyl-OCO-NHAryl ~ Alkyl-OCO-NHAcyl?>> Alkyl-OCO-NH? > Cyclic carbamates. This trend should prove useful in the design of carbamates as drugs or prodrugs.

Therapeutisches Drug-Monitoring in der Psychiatrie : Kurze Zusammenfassung des neuen Konsensuspapiers der Arbeitsgruppe TDM der AGNP [Therapeutic drug monitoring in psychiatry : A brief summary of the new consensus paper by the task force on TDM of the AGNP].

In October 2011 the Task Force Therapeutic Drug Monitoring of the Association for Neuropsychopharmacology and Pharmacopsychiatry (AGNP) published an update (Pharmacopsychiatry 2011, 44: 195-235) of the first version of the consensus paper on therapeutic drug monitoring (TDM) published in 2004. This article summarizes the essential statements to make them accessible to a wider readership in German speaking countries.

Relationships of basal metabolic rate, relative testis size and cycle length of spermatogenesis in shrews (Mammalia, Soricidae).

The aim of the present study was to determinate the cycle length of spermatogenesis in three species of shrew, Suncus murinus, Sorex coronatus and Sorex minutus, and to assess the relative influence of variation in basal metabolic rate (BMR) and mating system (level of sperm competition) on the observed rate of spermatogenesis, including data of shrew species studied before (Sorex araneus, Crocidura russula and Neomys fodiens). The dynamics of sperm production were determined by tracing 5-bromodeoxyuridine in the DNA of germ cells. As a continuous scaling of mating systems is not evident, the level of sperm competition was evaluated by the significantly correlated relative testis size (RTS). The cycle durations estimated by linear regression were 14.3 days (RTS 0.3%) in Suncus murinus, 9.0 days (RTS 0.5%) in Sorex coronatus and 8.5 days (RTS 2.8%) in Sorex minutus. In regression and multiple regression analyses including all six studied species of shrew, cycle length was significantly correlated with BMR (r2=0.73) and RTS (r2=0.77). Sperm competition as an ultimate factor obviously leads to a reduction in the time of spermatogenesis in order to increase sperm production. BMR may act in the same way, independently or as a proximate factor, revealed by the covariation, but other factors (related to testes size and thus to mating system) may also be involved.

Study of biomacromolecule conformational changes by Scanning Force Microscopy

L?objectif de ce travail de thèse est l?étude des changements conformationels des biomacromolecules à l?échelle d?une molécule unique. Pour cela on a utilisé la Microscopie à Force Atomique (AFM) appliqué à l?étude des protéines et des acides nucléiques déposés sur une surface. Dans ce type de microscopie, une pointe très fine attachée à l?extrémité d?un levier est balayée au dessus d?une surface. L?interaction de la pointe avec la surface de l?échantillon induit la déflection du levier et ce phénomène permet de reconstruire la topographie de l?échantillon. Très importante dans cette technique est la possibilité de travailler en liquide. Cela permet de étudier les biomolécules en conditions quasi-physiologiques sans qu?elles perdent leur activité. On a étudié GroEL, la chaperonin de E.coli, qui est un homo oligomère avec une structure à double anneau qui joue un rôle très important dans le repliement des protéines dénaturées et celles qui viennent d?être synthétisées. En particulier on a focalisé notre attention sur la stabilité mécanique et sur les changements conformationels qui ont lieu pendant l?activité de GroEL. Une analyse détaillée des changements dans la stabilité mécanique et des effets produits par la liaison et l?hydrolyse de l?ATP est présentée dans ce travail. On a montré que le point le plus faible dans la structure de GroEL est l?interface entre les deux anneaux et que l?étape critique dans l?affaiblissement de la structure est l?hydrolyse de l?ATP. En ce qui concerne le changement conformationel, le passage d?une surface hydrophobe à hydrophile, induit par l?hydrolyse de l?ATP, a été montré. Ensuite on a étudié le changement dans la conformation et dans la topologie de l?ADN résultant de l?interaction avec des molécules spécifiques et en réponse à l?exposition des cellules de E.coli à des conditions de stress. Le niveau de surenroulement est un paramètre très sensible, de façon variée, à tous ces facteurs. Les cellules qui ont crus à de températures plus élevées que leur température optimale ont la tendance à diminuer le nombre de surenroulements négatif pour augmenter la stabilité thermique de leur plasmides. L?interaction avec des agents intercalant induit une transition d?un surenroulement négatif à un surenroulement positif d?une façon dépendante de la température. Finalement, l?effet de l?interaction de l?ADN avec des surfaces différentes a été étudié et une application pratique sur les noeuds d?ADN est présentée.<br/><br/>The aim of the present thesis work is to study the conformational changes of biomacromolecules at the single molecule level. To that end, Atomic Force Microcopy (AFM) imaging was performed on proteins and nucleic acids adsorbed onto a surface. In this microcopy technique a very sharp tip attached at the end of a soft cantilever is scanned over a surface, the interaction of the tip with the sample?s surface will induce the deflection of the cantilever and thus it will make possible to reconstruct the topography. A very important feature of AFM is the possibility to operate in liquid, it means with the sample immersed in a buffer solution. This allows one to study biomolecules in quasi-physiological conditions without loosing their activity. We have studied GroEL, the chaperonin of E.coli, which is a double-ring homooligomer which pays a very important role in the refolding of unfolded and newly synthetized polypeptides. In particular we focus our attention on its mechanical stability and on the conformational change that it undergoes during its activity cycle. A detailed analysis of the change in mechanical stability and how it is affected by the binding and hydrolysis of nucleotides is presented. It has been shown that the weak point of the chaperonin complex is the interface between the two rings and that the critical step to weaken the structure is the hydrolysis of ATP. Concerning the conformational change we have directly measured, with a nanometer scale resolution, the switching from a hydrophobic surface to a hydrophilic one taking place inside its cavity induced by the ATP hydrolysis. We have further studied the change in the DNA conformation and topology as a consequence of the interaction with specific DNA-binding molecules and the exposition of the E.coli cells to stress conditions. The level of supercoiling has been shown to be a very sensitive parameter, even if at different extents, to all these factors. Cells grown at temperatures higher than their optimum one tend to decrease the number of the negative superhelical turns in their plasmids in order to increase their thermal stability. The interaction with intercalating molecules induced a transition from positive to negative supercoiling in a temperature dependent way. The effect of the interaction of the DNA with different surfaces has been investigated and a practical application to DNA complex knots is reported.<br/><br/>Observer les objets biologiques en le touchant Schématiquement le Microscope a Force Atomique (AFM) consiste en une pointe très fine fixée a l?extrémité d?un levier Lors de l?imagerie, la pointe de l?AFM gratte la surface de l?échantillon, la topographie de celui-ci induit des déflections du levier qui sont enregistrées au moyen d?un rayon laser réfléchi par le levier. Ces donnés sont ensuit utilisés par un ordinateur pour reconstituer en 3D la surface de l?échantillon. La résolution de l?instrument est fonction entre autre de la dureté, de la rugosité de l?échantillon et de la forme de la pointe. Selon l?échantillon et la pointe utilisée la résolution de l?AFM peut aller de 0.1 A (sur des cristaux) a quelque dizaine de nanomètres (sur des cellules). Cet instrument est particulierment intéressant en biologie en raison de sa capacité à imager des échantillons immergés dans un liquide, c?est à dire dans des conditions quasiphysiologiques. Dans le cadre de ce travail nous avons étudié les changements conformationels de molécules biologiques soumises à des stimulations externes. Nous avons essentielment concentré notre attention sur des complexes protéiques nommé Chaperons Moléculaires et sur des molécules d?ADN circulaire (plasmides). Les Chaperons sont impliqués entre autre dans la résistance des organismes vivants aux stress thermiques et osmotiques. Leur activité consiste essentielment à aider les autres protéines à être bien pliés dans leur conformation finale et, en conséquence, à eviter que ils soient dénaturées et que ils puissent s?agréger. L?ADN, quant à lui est la molécule qui conserve, dans sa séquence, l?information génétique de tous les organismes vivants. Ce travail a spécifiquement concerné l?étude des changements conformationels des chaperonins suit a leur activation par l?ATP. Ces travaux ont montrés a l?échelle de molécule unique la capacité de ces protéines de changer leur surface de hydrophobique a hydrophilique. Nous avons également utilisé l?AFM pour étudier le changement du nombre des surenroulements des molécules d?ADN circulaire lors d?une exposition à un changement de température et de force ionique. Ces travaux ont permis de montrer comment la cellule regle le nombre de surenroulements dans ces molécules pour répondre et contrôler l?expression génétique même dans de conditions extrêmes. Pour les deux molécules en général, c?était très important d?avoir la possibilité de observer leur transitions d?une conformation a l?autre directement a l?échelle d?une seul molécule et, surtout, avec une résolution largement au dessous des la longueur d?onde de la lumière visible que représente le limite pour l?imagerie optique.