Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

Stable carbon isotope composition of perirenal adipose tissue fatty acids from Engadine sheep grazing either mountain or lowland pasture

To provide further insights into ruminant lipid digestion and metabolism, and into cis9, trans-11 18:2 synthesis, 12 growing Engadine lambs grazing either mountain pasture (2,250 m above sea level; n = 6) or lowland pasture (400 m above sea level; n = 6) were studied. Both pastures consisted exclusively of C-3 plants. Before the experiment, all animals grazed a common pasture for 6 wk. Grasses and perirenal adipose tissues of the sheep were analyzed for fatty acids by gas chromatography. Stable C-isotope ratios (delta C-13 values in % vs. the Vienna Pee Dee Belemnite standard) were determined in the composite samples by elemental analysis-isotope ratio mass spectrometry. The delta C-13 of the individual fatty acids were measured by gas chromatography-combustion-isotope ratio mass spectrometry. The delta C-13 value of the entire mountain pasture grass was -27.5% (SD 0.31), whereas that of the lowland pasture grass was -30.0% (SD 0.07). This difference was reflected in the perirenal adipose tissues of the corresponding sheep (P < 0.05), even though the delta C-13 values were less in the animals than in the grass. The delta C-13 values for cis-9 16:1 and cis-9 18:1 in perirenal fat differed between mountain and lowland lambs (P < 0.05). The 16:0 in the adipose tissue was enriched in C-13 by 5% compared with the dietary 16:0, likely as a result of partly endogenous synthesis. The d13C values of cis-9, trans-11 18:2 (cis-9, trans-11 CLA) in the adipose tissue were smaller than those of its dietary precursors, cis-9, cis-12 18:2 and cis-9, cis-12, cis-15 18:3; conversely, the delta C-13 values of trans-11 18:1 were not, suggesting that large proportions of perirenal cis-9, trans-11 18:2 were of endogenous origin and discrimination against C-13 occurred during Delta(9)-desaturation. The same discrimination was indicated by the isotopic shift between 16:0 and cis-9 16:1 in the mountain grazing group. Furthermore, the delta C-13 values of cis-9, trans-11 18:2 were smaller relative to the precursor fatty acids in the mountain lambs compared with the lowland group. This result suggests a reduced extent of biohydrogenation in lambs grazing on mountain grass in comparison with those grazing on lowland grass. This was supported by the smaller cis-9, trans-11 18:2 concentrations in total fatty acids found in the adipose tissues of the lowland lambs (P < 0.001). The results of this study demonstrate that natural differences between delta C-13 values of swards from different pastures and the adipose tissue fatty acids could be used as tracers in studies of lipid metabolism in ruminants.

Lifelong dynamics of human CD4+CD25+ regulatory T cells: insights from in vivo data and mathematical modeling.

Despite their limited proliferation capacity, regulatory T cells (T(regs)) constitute a population maintained over the entire lifetime of a human organism. The means by which T(regs) sustain a stable pool in vivo are controversial. Using a mathematical model, we address this issue by evaluating several biological scenarios of the origins and the proliferation capacity of two subsets of T(regs): precursor CD4(+)CD25(+)CD45RO(-) and mature CD4(+)CD25(+)CD45RO(+) cells. The lifelong dynamics of T(regs) are described by a set of ordinary differential equations, driven by a stochastic process representing the major immune reactions involving these cells. The model dynamics are validated using data from human donors of different ages. Analysis of the data led to the identification of two properties of the dynamics: (1) the equilibrium in the CD4(+)CD25(+)FoxP3(+)T(regs) population is maintained over both precursor and mature T(regs) pools together, and (2) the ratio between precursor and mature T(regs) is inverted in the early years of adulthood. Then, using the model, we identified three biologically relevant scenarios that have the above properties: (1) the unique source of mature T(regs) is the antigen-driven differentiation of precursors that acquire the mature profile in the periphery and the proliferation of T(regs) is essential for the development and the maintenance of the pool; there exist other sources of mature T(regs), such as (2) a homeostatic density-dependent regulation or (3) thymus- or effector-derived T(regs), and in both cases, antigen-induced proliferation is not necessary for the development of a stable pool of T(regs). This is the first time that a mathematical model built to describe the in vivo dynamics of regulatory T cells is validated using human data. The application of this model provides an invaluable tool in estimating the amount of regulatory T cells as a function of time in the blood of patients that received a solid organ transplant or are suffering from an autoimmune disease.

Productive HIV-1 infection of primary CD4+ T cells induces mitochondrial membrane permeabilization leading to a caspase-independent cell death.

We have explored in vitro the mechanism by which human immunodeficiency virus, type 1 (HIV-1) induces cell death of primary CD4+ T cells in conditions of productive infection. Although HIV-1 infection primed phytohemagglutinin-activated CD4+ T cells for death induced by anti-CD95 antibody, T cell death was not prevented by a CD95-Fc decoy receptor, nor by decoy receptors of other members of the TNFR family (TNFR1/R2, TRAILR1/R2/OPG, TRAMP) or by various blocking antibodies, suggesting that triggering of death receptors by their cognate ligands is not involved in HIV-induced CD4 T cell death. HIV-1 induced CD4 T cell shrinkage, cell surface exposure of phosphatidylserine, loss of mitochondrial membrane potential (Deltapsim), and mitochondrial release of cytochrome c and apoptosis-inducing factor. A typical apoptotic phenotype (nuclear chromatin condensation and fragmentation) only occurred in around half of the dying cells. Treatment with benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp-fluoromethylketone, a broad spectrum caspase inhibitor, prevented nuclear chromatin condensation and fragmentation in HIV-infected CD4+ T cells and in a cell-free system (in which nuclei were incubated with cytoplasmic extracts from the HIV-infected CD4+ T cells). Nevertheless, benzyloxycarbonyl-Val-Ala-Asp-fluoromethylketone did not prevent mitochondrial membrane potential loss and cell death, suggesting that caspases are dispensable for HIV-mediated cell death. Our findings suggest a major role of the mitochondria in the process of CD4 T cell death induced by HIV, in which targeting of Bax to the mitochondria may be involved.

Quelques mécanismes moléculaires impliqués dans la pathogenèse du diabète de type II et leur importance thérapeutique potentielle [Various molecular mechanisms involved in the pathogenesis of type II diabetes and their potential therapeutic importance]

The pancreatic beta cell presents functional abnormalities in the early stages of development of non-insulin dependent diabetes mellitus (NIDDM). The disappearance of the first phase of insulin secretion induced by a glucose load is a early marker of NIDDM. This abnormality could be secondary to the low expression of the pancreatic glucose transporter GLUT2. Together with the glucokinase enzyme, GLUT2 is responsible for proper beta cell sensing of the extracellular glucose levels. In NIDDM, the GLUT2 mRNA levels are low, a fact which suggests a transcriptional defect of the GLUT2 gene. The first phase of glucose-induced insulin secretion by the beta pancreatic cell can be partly restored by the administration of a peptide discovered by a molecular approach, the glucagon-like peptide 1 (GLP-1). The gene encoding for the glucagon is expressed in a cell-specific manner in the A cells of the pancreatic islet and the L cells of the intestinal tract. The maturation process of the propeptide encoded by the glucagon gene is different in the two cells: the glucagon is the main hormone produced by the A cells whereas the glucagon-like peptide 1 (GLP-1) is the major peptide synthesized by the L cells of the intestine. GLP-1 is an incretin hormone and is at present the most potent insulinotropic peptide. The first results of the administration of GLP-1 to normal volunteers and diabetic patients are promising and may be a new therapeutic approach to treating diabetic patients.

Astrocytic dysfunction: insights on the role in neurodegeneration.

For decades, astrocytes have been regarded as passive partners of neurons in central nervous system (CNS) function. Studies of the last 20 years, however, challenged this view by demonstrating that astrocytes possess functional receptors for neurotransmitters and respond to their stimulation via release of gliotransmitters, including glutamate. Notably, astrocytes react to synaptically released neurotransmitters with intracellular calcium ([Ca(2+)]) elevations, which result in the release of glutamate via regulated exocytosis and, possibly, other mechanisms. These findings have led to a new concept of neuron-glia intercommunication where astrocytes play an unsuspected dynamic role by integrating neuronal inputs and modulating synaptic activity. The additional observation that glutamate release from astrocytes is controlled by molecules linked to inflammatory reactions, such as the cytokine tumor necrosis factor alpha (TNFalpha) and prostaglandins (PGs), suggests that glia-to-neuron signalling may be sensitive to changes in the production of these mediators occurring in pathological conditions. Indeed, a local, parenchymal brain inflammatory reaction (neuroinflammation) characterized by astrocytic and microglial activation has been reported in several neurodegenerative disorders, including AIDS dementia complex, Alzheimer's disease and amyotrophic lateral sclerosis. This transition may be accompanied by functional de-regulation and even degeneration of the astrocytes with the consequent disruption of the cross-talk normally occurring between these cells and neurons. Incorrect neuron-astrocyte interactions may be involved in neuronal derangement and contribute to disease development. The findings reported in this review suggest that a better comprehension of the glutamatergic interplay between neurons and astrocytes may provide information about normal brain function and also highlight potential molecular targets for therapeutic interventions in pathology.

Differentiation of postmitotic neuroblasts into substance P-immunoreactive sensory neurons in dissociated cultures of chick dorsal root ganglion.

Counts performed on dissociated cell cultures of E10 chick embryo dorsal root ganglia (DRG) showed after 4-6 days of culture a pronounced decline of the neuronal population in neuron-enriched cultures and a net gain in the number of ganglion cells in mixed DRG cell cultures (containing both neurons and nonneuronal cells). In the latter case, the increase in the number of neurons was found to depend on NGF and to average 119% in defined medium or 129% in horse serum-supplemented medium after 6 days of culture. The lack of [3H]thymidine incorporation into the neuronal population indicated that the newly formed ganglion cells were not generated by proliferation. On the contrary, the differentiation of postmitotic neuroblasts present in the nonneuronal cell compartment was supported by sequential microphotographs of selected fields taken every hour for 48-55 hr after 3 days of culture. Apparently nonneuronal flat dark cells exhibited morphological changes and gradually evolved into neuronal ovoid and refringent cell bodies with expanding neurites. The ultrastructural organization of these evolving cells corresponded to that of primitive or intermediate neuroblasts. The neuronal nature of these rounding up cell bodies was indeed confirmed by the progressive expression of various neuronal cell markers (150 and 200-kDa neurofilament triplets, neuron specific enolase, and D2/N-CAM). Besides a constant lack of immunoreactivity for tyrosine hydroxylase, somatostatin, parvalbumin, and calbindin-D 28K and a lack of cytoenzymatic activity for carbonic anhydrase, all the newly produced neurons expressed three main phenotypic characteristics: a small cell body, a strong immunoreactivity to MAG, and substance P. Hence, ganglion cells newly differentiated in culture would meet characteristics ascribed to small B sensory neurons and more specifically to a subpopulation of ganglion cells containing substance P-immunoreactive material.

Clinicopathologic correlates in the oldest-old: Commentary on "No disease in the brain of a 115-year-old woman".

den Dunnen et al. [den Dunnen, W.F.A., Brouwer, W.H., Bijlard, E., Kamphuis, J., van Linschoten, K., Eggens-Meijer, E., Holstege, G., 2008. No disease in the brain of a 115-year-old woman. Neurobiol. Aging] had the opportunity to follow up the cognitive functioning of one of the world's oldest woman during the last 3 years of her life. They performed two neuropsychological evaluations at age 112 and 115 that revealed a striking preservation of immediate recall abilities and orientation. In contrast, working memory, retrieval from semantic memory and mental arithmetic performances declined after age 112. Overall, only a one-point decrease of MMSE score occurred (from 27 to 26) reflecting the remarkable preservation of cognitive abilities. The neuropathological assessment showed few neurofibrillary tangles (NFT) in the hippocampal formation compatible with Braak staging II, absence of amyloid deposits and other types of neurodegenerative lesions as well as preservation of neuron numbers in locus coeruleus. This finding was related to a striking paucity of Alzheimer disease (AD)-related lesions in the hippocampal formation. The present report parallels the early descriptions of rare "supernormal" centenarians supporting the dissociation between brain aging and AD processes. In conjunction with recent stereological analyses in cases aged from 90 to 102 years, it also points to the marked resistance of the hippocampal formation to the degenerative process in this age group and possible dissociation between the occurrence of slight cognitive deficits and development of AD-related pathologic changes in neocortical areas. This work is discussed in the context of current efforts to identify the biological and genetic parameters of human longevity.

Intracortical connectivity of layer VI pyramidal neurons in the somatosensory cortex of normal and barrelless mice.

In mice, barrels in layer IV of the somatosensory cortex correspond to the columnar representations of whisker follicles. In barrelless (BRL) mice, barrels are absent, but functionally, a columnar organization persists. Previously we characterized the aberrant geometry of thalamic projection of BRL mice using axonal reconstructions of individual neurons. Here we proceeded with the analysis of the intracortical projections from layer VI pyramidal neurons, to assess their contribution to the columnar organization. From series of tangential sections we reconstructed the axon collaterals of individual layer VI pyramidal neurons in the C2 barrel column that were labelled with biocytin [controls from normal (NOR) strain, 19 cells; BRL strain, nine cells]. Using six morphological parameters in a cluster analysis, we showed that layer VI neurons in NOR mice are distributed into four clusters distinguished by the radial and tangential extent of their intracortical projections. These clusters correlated with the cortical or subcortical projection of the main axon. In BRL mice, neurons were distributed within the same four clusters, but their projections to the granular and supragranular layers were significantly smaller and their tangential projection was less columnar than in NOR mice. However, in both strains the intracortical projections had a preference for the appropriate barrel column (C2), indicating that layer VI pyramidal cells could participate in the functional columnar organization of the barrel cortex. Correlative light and electron microscopy analyses provided morphometric data on the intracortical synaptic boutons and synapses of layer VI pyramidal neurons and revealed that projections to layer IV preferentially target excitatory dendritic spines and shafts.

Incrétines, sécrétion d'insuline et diabète

Nutrient ingestion triggers a complex hormonal response aimed at stimulating glucose utilization in liver, muscle and adipose tissue to minimize the raise in blood glucose levels. Insulin secretion by pancreatic beta cells plays a major role in this response. Although the beta cell secretory response is mainly controlled by blood glucose levels, gut hormones secreted in response to food intake have an important role in potentiating glucose-stimulated insulin secretion. These gluco-incretin hormones are GLP-1 (glucagon-like peptide-1) and GIP (gluco-dependent insulinotropic polypeptide). Their action on pancreatic beta cells depends on binding to specific G-coupled receptors linked to activation of the adenylyl cyclase pathway. In addition to their effect on insulin secretion both hormones also stimulate insulin production at the transcriptional and translational level and positively regulate beta cell mass. Because the glucose-dependent insulinotropic action of GLP-1 is preserved in type 2 diabetic patients, this peptide is now developed as a novel therapeutic drug for this disease.

The cataract and glucosuria associated monocarboxylate transporter MCT12 is a new creatine transporter.

Creatine transport has been assigned to creatine transporter 1 (CRT1), encoded by mental retardation associated SLC6A8. Here, we identified a second creatine transporter (CRT2) known as monocarboxylate transporter 12 (MCT12), encoded by the cataract and glucosuria associated gene SLC16A12. A non-synonymous alteration in MCT12 (p.G407S) found in a patient with age-related cataract (ARC) leads to a significant reduction of creatine transport. Furthermore, Slc16a12 knockout (KO) rats have elevated creatine levels in urine. Transport activity and expression characteristics of the two creatine transporters are distinct. CRT2 (MCT12)-mediated uptake of creatine was not sensitive to sodium and chloride ions or creatine biosynthesis precursors, breakdown product creatinine or creatine phosphate. Increasing pH correlated with increased creatine uptake. Michaelis-Menten kinetics yielded a Vmax of 838.8 pmol/h/oocyte and a Km of 567.4 µm. Relative expression in various human tissues supports the distinct mutation-associated phenotypes of the two transporters. SLC6A8 was predominantly found in brain, heart and muscle, while SLC16A12 was more abundant in kidney and retina. In the lens, the two transcripts were found at comparable levels. We discuss the distinct, but possibly synergistic functions of the two creatine transporters. Our findings infer potential preventive power of creatine supplementation against the most prominent age-related vision impaired condition.

Development and maintenance of the neuronal cytoskeleton in aggregated cell cultures of fetal rat telencephalon and influence of elevated K+ concentrations.

Serum-free aggregating cell cultures of fetal rat telencephalon were examined by biochemical and immunocytochemical methods for their development-dependent expression of several cytoskeletal proteins, including the heavy- and medium-sized neurofilament subunits (H-NF and M-NF, respectively); brain spectrin; synapsin I; beta-tubulin; and the microtubule-associated proteins (MAPs) 1, 2, and 5 and tau protein. It was found that with time in culture the levels of most of these cytoskeletal proteins increased greatly, with the exceptions of the particular beta-tubulin form studied, which remained unchanged, and MAP 5, which greatly decreased. Among the neurofilament proteins, expression of M-NF preceded that of H-NF, with the latter being detectable only after approximately 3 weeks in culture. Furthermore, MAP 2 and tau protein showed a development-dependent change in expression from the juvenile toward the adult form. The comparison of these developmental changes in cytoskeletal protein levels with those observed in rat brain tissue revealed that protein expression in aggregate cultures is nearly identical to that in vivo during maturation of the neuronal cytoskeleton. Aggregate cultures deprived of glial cells, i.e., neuron-enriched cultures prepared by treating early cultures with the antimitotic drug cytosine arabinoside, exhibited pronounced deficits in M-NF, H-NF, MAP 2, MAP 1, synapsin I, and brain spectrin, with increased levels of a 145-kDa brain spectrin breakdown product. These adverse effects of glial cell deprivation could be reversed by the maintenance of neuron-enriched cultures at elevated concentrations of KCl (30 mM). This chronic treatment had to be started at an early developmental stage to be effective, a finding suggesting that sustained depolarization by KCl is able to enhance the developmental expression and maturation of the neuronal cytoskeleton.

Complex genetics in idiopathic hypogonadotropic hypogonadism.

Idiopathic hypogonadotropic hypogonadism (IHH) is an important human disease model. Investigations of the genetics of IHH have facilitated insights into critical pathways regulating sexual maturation and fertility. IHH has been traditionally considered a monogenic disorder. This model holds that a single gene defect is responsible for the disease in each patient. In the case of IHH, 30% of cases are explained by mutations in one of eleven genes. In recent years, several lines of evidence have challenged the monogenic paradigm in IHH. First, disease-associated mutations display striking incomplete penetrance and variable expressivity within and across IHH families. Second, each locus is responsible for only a small percentage of cases. Third, more than one disease-associated mutation seems to be segregating in some families with IHH, and their combined or separate presence in individuals accounts for the variability in disease severity. Finally, IHH is not strictly a congenital and life-long disorder; occasionally it manifests itself during adulthood (adult-onset IHH); in other cases, the disease is not permanent, as evidenced by normal activity of the hypothalamic-pituitary-gonadal axis after discontinuation of treatment in adulthood (IHH reversal). Together, these observations suggest that IHH is not strictly a monogenic mendelian disease, as previously thought. Rather, it is emerging as a digenic, and potentially oligogenic disease, in which hormonal and/or environmental factors may critically influence genetic predisposition and clinical course. Future investigations of IHH should characterize the extent of the involvement of multiple genes in disease pathogenesis, and elucidate the contributions of epigenetic factors.

DL4-mediated Notch signaling is required for the development of fetal αβ and γδ T cells.

T-cell development depends upon interactions between thymocytes and thymic epithelial cells (TECs). The engagement of delta-like 4 (DL4) on TECs by Notch1 expressed by blood-borne BM-derived precursors is essential for T-cell commitment in the adult thymus. In contrast to the adult, the earliest T-cell progenitors in the embryo originate in the fetal liver and migrate to the nonvascularized fetal thymus via chemokine signals. Within the fetal thymus, some T-cell precursors undergo programmed TCRγ and TCRδ rearrangement and selection, giving rise to unique γδ T cells. Despite these fundamental differences between fetal and adult T-cell lymphopoiesis, we show here that DL4-mediated Notch signaling is essential for the development of both αβ and γδ T-cell lineages in the embryo. Deletion of the DL4 gene in fetal TECs results in an early block in αβ T-cell development and a dramatic reduction of all γδ T-cell subsets in the fetal thymus. In contrast to the adult, no dramatic deviation of T-cell precursors to alternative fates was observed in the fetal thymus in the absence of Notch signaling. Taken together, our data reveal a common requirement for DL4-mediated Notch signaling in fetal and adult thymopoiesis.