A novel dominant mutation of the Nav1.4 alpha-subunit domain I leading to sodium channel myotonia.

BACKGROUND: Mutations in SCN4A may lead to myotonia. METHODS: Presentation of a large family with myotonia, including molecular studies and patch clamp experiments using human embryonic kidney 293 cells expressing wild-type and mutated channels. RESULTS: In a large family with historic data on seven generations and a clear phenotype, including myotonia at movement onset, with worsening by cold temperature, pregnancy, mental stress, and especially after rest after intense physical activity, but without weakness, the phenotype was linked with the muscle sodium channel gene (SCN4A) locus, in which a novel p.I141V mutation was found. This modification is located within the first transmembrane segment of domain I of the Na(v)1.4 alpha subunit, a region where no mutation has been reported so far. Patch clamp experiments revealed a mutation-induced hyperpolarizing shift (-12.9 mV) of the voltage dependence of activation, leading to a significant increase (approximately twofold) of the window current amplitude. In addition, the mutation shifted the voltage dependence of slow inactivation by -8.7 mV and accelerated the entry to this state. CONCLUSIONS: We propose that the gain-of-function alteration in activation leads to the observed myotonic phenotype, whereas the enhanced slow inactivation may prevent depolarization-induced paralysis.

Assessment of changes in body water by bioimpedance in acutely ill surgical patients.

OBJECTIVE: To evaluate the relationship between changes in body bioelectrical impedance (BI) at 0.5, 50 and kHz and the changes in body weight, as an index of total body water changes, in acutely ill surgical patients during the rapid infusion of isotonic saline solution. DESIGN: Prospective clinical study. SETTING: Multidisciplinary surgical ICU in a university hospital. PATIENTS: Twelve male patients treated for acute surgical illness (multiple trauma n = 5, major surgery n = 7). Selection criteria: stable cardiovascular parameters, normal cardiac function, signs of hypovolemia (CVP < or = 5 mmHg, urine output < 1 ml/kg x h). INTERVENTIONS: After baseline measurements, a 60 min fluid challenge test was performed with normal saline solution, 0.25 ml/kg/min [corrected]. MEASUREMENTS AND RESULTS: Body weight (platform digital scale), total body impedance (four-surface electrode technique; measurements at 0.5, 50 and 100 kHz) and urine output. Fluid retention induced a progressive decrease in BI at 0.5, 50 and 100 kHz, but the changes were significant for BI 0.5 and BI 100 only, from 40 min after the beginning of the fluid therapy onwards. There was a significant negative correlation between changes in water retention and BI 0.5, with individual correlation coefficients ranging from -0.72 to 0.95 (p < 0.01-0.0001). The slopes of the regression lines indicated that for each kg of water change, there was a mean decrease in BI of 18 ohm, but a substantial inter-individual variability was noted. CONCLUSION: BI measured at low frequency can represent a valuable index of acute changes in body water in a group of surgical patients but not in a given individual.

La consultation pour le test sérologique de dépistage VIH : enjeux pour le couple et pour le médecin

La pratique du test au centre de dépistage anonyme VIH de la Policlinique médicale universitaire de Lausanne semble indiquer que de plus en plus de personnes demandent à être testées, souvent au moment inaugural de la constitution de la vie du couple. L'indication au test de dépistage devrait être le résultat d'une négociation entre le patient et son médecin. Ce dernier est en outre confronté à la complexité des enjeux sociétaux et éthiques que le test représente. Il s'agit d'une tâche difficile, d'autant plus que la requête d'un test n'implique pas le seul devenir du sujet, mais aussi, dans la dimension sexuelle, le devenir de la personne qu'il rencontre. L'avènement du Sida a modifié la vie du couple en rendant la sexualité plus problématique et en donnant un caractère impératif l'exigence de négociation entre les partenaires du couple. La pratique de la prévention révèle aussi comment le Sida met en jeu la responsabilité que les médecins ont de négocier avec leurs patients, à l'instar de ce que ces derniers devraient faire avec leur partenaire dans un but de protection.

Role of Na+-K+-ATPase in insulin-induced lactate release by skeletal muscle.

Hyperinsulinemia increases lactate release by various organs and tissues. Whereas it has been shown that aerobic glycolysis is linked to Na+-K+-ATPase activity, we hypothesized that stimulation by insulin of skeletal muscle Na+-K+-ATPase is responsible for increased muscle lactate production. To test this hypothesis, we assessed muscle lactate release in healthy volunteers from the [13C]lactate concentration in the effluent dialysates of microdialysis probes inserted into the tibialis anterior muscles on both sides and infused with solutions containing 5 mmol/l [U-13C]glucose. On one side, the microdialysis probe was intermittently infused with the same solution additioned with 2.10(-5) M ouabain. In the basal state, [13C]lactate concentration in the dialysate was not affected by ouabain. During a euglycemic-hyperinsulinemic clamp, [13C]lactate concentration increased by 135% in the dialysate without ouabain, and this stimulation was nearly entirely reversed by ouabain (56% inhibition compared with values in the dialysate collected from the contralateral probe). These data indicate that insulin stimulates muscle lactate release by activating Na+-K+-ATPase in healthy humans.

Salt-sensitive hypertension and cardiac hypertrophy in mice deficient in the ubiquitin ligase Nedd4-2.

Nedd4-2 has been proposed to play a critical role in regulating epithelial Na+ channel (ENaC) activity. Biochemical and overexpression experiments suggest that Nedd4-2 binds to the PY motifs of ENaC subunits via its WW domains, ubiquitinates them, and decreases their expression on the apical membrane. Phosphorylation of Nedd4-2 (for example by Sgk1) may regulate its binding to ENaC, and thus ENaC ubiquitination. These results suggest that the interaction between Nedd4-2 and ENaC may play a crucial role in Na+ homeostasis and blood pressure (BP) regulation. To test these predictions in vivo, we generated Nedd4-2 null mice. The knockout mice had higher BP on a normal diet and a further increase in BP when on a high-salt diet. The hypertension was probably mediated by ENaC overactivity because 1) Nedd4-2 null mice had higher expression levels of all three ENaC subunits in kidney, but not of other Na+ transporters; 2) the downregulation of ENaC function in colon was impaired; and 3) NaCl-sensitive hypertension was substantially reduced in the presence of amiloride, a specific inhibitor of ENaC. Nedd4-2 null mice on a chronic high-salt diet showed cardiac hypertrophy and markedly depressed cardiac function. Overall, our results demonstrate that in vivo Nedd4-2 is a critical regulator of ENaC activity and BP. The absence of this gene is sufficient to produce salt-sensitive hypertension. This model provides an opportunity to further investigate mechanisms and consequences of this common disorder.

Calibration of high-resolution geophysical data with tracer test measurements to improve hydrological predictions

Relationships between porosity and hydraulic conductivity tend to be strongly scale- and site-dependent and are thus very difficult to establish. As a result, hydraulic conductivity distributions inferred from geophysically derived porosity models must be calibrated using some measurement of aquifer response. This type of calibration is potentially very valuable as it may allow for transport predictions within the considered hydrological unit at locations where only geophysical measurements are available, thus reducing the number of well tests required and thereby the costs of management and remediation. Here, we explore this concept through a series of numerical experiments. Considering the case of porosity characterization in saturated heterogeneous aquifers using crosshole ground-penetrating radar and borehole porosity log data, we use tracer test measurements to calibrate a relationship between porosity and hydraulic conductivity that allows the best prediction of the observed hydrological behavior. To examine the validity and effectiveness of the obtained relationship, we examine its performance at alternate locations not used in the calibration procedure. Our results indicate that this methodology allows us to obtain remarkably reliable hydrological predictions throughout the considered hydrological unit based on the geophysical data only. This was also found to be the case when significant uncertainty was considered in the underlying relationship between porosity and hydraulic conductivity.

Pollution stress on aquatic microbial communities

Thousands of chemical compounds enter the natural environment but many have unknown effects and consequences, in particular at low concentrations. This thesis work contributes to our understanding of pollution effects by using bacteria as test organisms. Bacteria are important for this question because some of them degrade and transform pollutants into less harmful compounds, but secondly because they themselves can be inhibited in their reproduction by exposure to toxic compounds. When inhibitory effects occur this may change the composition of the microbial com¬munity in the long run, leading to altered or diminished ecosystem services by those communities. As a result chemicals of anthropogenic origin may accumulate and per¬sist in the environment, and finally, affect higher organisms as well. In addition to acquiring basic understanding of pollutant effects at low concentrations on bacterial communities an applied goal of this thesis work was to develop bacteria-based tests to screen new organic chemicals for toxicity and biodégradation. In the first part of this work we developed a flow cytometry-based assay on SYT09 plus ethidium-bromide or propidium-iodide stained cells of Pseudomonas ûuorescens exposed or not to a variety of pollutants under oligotrophic growth conditions. Flow cytometry (FC) allows fast and accurate counting of bacterial cells under simul¬taneous assessment of their physiological state, in particular in combination with different fluorescent dyes. Here we employed FC and fluorescent dyes to monitor the effect that pollutants may exert on Pseudomonas ûuorescens SV3. First we designed an oligotrophic growth test, which enabled us to follow population growth at low densities (104 - 10 7 cells per ml) using 0.1 mM sodium acetate as carbon source. Cells in the oligotrophic milieu were then exposed or not to a variety of common pollutants, such as 2-chlorobiphenyl (2CBP), naphthalene (NAH), 4-chlorophenol (4CP), tetradecane (TD), mercury chloride (HgCl2) or benzene, in different dosages. Exposed culture samples were stained with SYT09 (green fluorescent dye binding nucleic acids, generally staining all cells) in combination with propidium iodide (PI) or ethidium bromide (EB), both dyes being membrane integrity indicators. We ob- served that most of the tested compounds decreased population growth in a dosage- dependent manner. SYT09/PI or SYT09/EB staining then revealed that chemical exposure led to arisal of subpopulations of live and injured or dead cells. By modeling population growth on the total cell numbers in population or only the subpopulation of live cells we inferred that even in stressed populations live cells multiply at rates no different to unexposed controls. The net decrease in population growth would thus be a consequence of more and more cells being not able to multiply at all, rather than all cells multiplying at slower rates. In addition, the proportion of injured cells correlated to the compound dosage. We concluded that the oligotrophic test may be useful to asses toxicity of unknown chemicals on a variety of model bacteria. Mul¬tiple tests can be run in parallel and effects are rapidly measured within a period of 8 hours. Interestingly, in the same exposure tests with P. fluorescens SV3 we observed that some chemicals which did not lead to a reduction of net population growth rates did cause measurable effects on live cells. This was mainly observed in cells within the live subpopulation as an increase of the EB fluorescence signal. We showed that SYT09/EB is a more useful combination of dyes than SYT09/PI because PI fluorescence tend to increase only when cells are effectively dead, but not so much in live cells (less then twofold). In contrast, EB geometric mean fluorescence in live cells increased up to eightfold after exposure to toxic compounds. All compounds even at the lowest concentration caused a measurable increase in EB geometric mean fluorescence especially after 2 h incubation time. This effect was found to be transient for cells exposed to 2CBP and 4CP, but chronic for cells incubated with TD and NAH (ultimately leading to cell death). In order to understand the mechanism underlying the observed effects we used known membrane or energy uncouplers. The pattern of EB signal increase in chemical-exposed populations resembled mostly that of EDTA, although EB fluorescence in EDTA-treated or pasteurized cells was even higher than after exposure to the four test chemicals. We conclude that the ability of cells to efflux EB under equilibrium conditions is an appropriate measure for the potential of a chemical to exert toxicity. Since most bacterial species possess efflux systems for EB that all require cellular energy, our test should be more widely relevant to infer toxicity effects of chemical exposure on the physiological status of the bacterial cell. To better understand the effect of toxicant exposure on efflux defense systems, we studied 2-hydroxybiphenyl toxicity to Pseudomonas azeiaica HBP1. We showed that 2-HBP exerts toxicity even to P. azelaica HBP1, but only at concentrations higher than 0.5 mM. Above this concentration transient loss of membrane polarization and integrity occurred, which we conclude from staining of growing cells with fluorescent dyes. Cells finally recover and resume growth on 2HBP. The high resistance of P. azelaica HBP1 to 2-HBP was found to be the result of an efficient MexABOprM- type efflux pump system counteracting passive influx of this compound into the membrane and cellular interior. Mutants with disrupted mexA, mexB and oprM genes did no longer grow on 2-HBP at concentrations above 100 μΜ, whereas below this concentration we found 2-HBP-concentration dependent decrease of growth rate. The MexAB-OprM system in P. azeiaica HBP1 is indeed an efflux pump for ethidium bromide as well. By introducing gfp reporter fusions responsive to intracellular 2- HBP concentrations into HBP1 wild-type or the mutants we demonstrated that 2HBP enters into the cells in a similar way. In contrast, the reporter system in the wild-type cells does not react to 2-HBP at an outside concentration of 2.4 μΜ, whereas in mutant cells it does. This suggests that wild-type cells pump 2-HBP to the outside very effectively preventing accumulation of 2-HBP. 2HBP metabolism, therefore, is not efficient enough to lower the intracellular concentration and prevent toxicity. We conclude that P. azelaica HBP1 resistance to 2-HBP is mainly due to an efficient efflux system and that 2HBP in high concentrations exerts narcotic effects on the bacterial membrane. In the part of this thesis, we investigated the possibilities of bacteria to degrade pollutants at low concentrations (1 mg per L and below). As test components we used 2-hydroxybiphenyl, antibiotics and a variety of fragrances, many of which are known to be difficult to biodegrade. By using accurate counting of low numbers of bacterial cells we could demonstrate that specific growth on these compounds is possible. We demonstrated the accuracy of FC counting at low cell numbers (down to 103 bacterial cells per ml). Then we tested whether bacterial population growth could be specifically monitored at the expense of low substrate concentrations, us¬ing P. azelaica HBP1. A perfect relationship was found between growth rate, yield and 2-HBP concentrations in the range of 0.1 up to 5 mg per L. Mixing P. azelaica within sludge, however, suggested that growth yields in a mixed community can be much lower than in pure culture, perhaps because of loss of metabolic intermediates. We then isolated new strains from activated sludge using 2-HBP or antibiotics (Nal, AMP, SMX) at low concentrations (0.1-1 mg per L) as sole carbon and energy sub¬strate and PAO microdishes. The purified strains were then examined for growth on their respective substrate, which interestingly, showed that all strains can not with¬stand higher than 1 or 10 mg per L concentrations of target substrate. Thus, bacteria must exist that contribute to compound degradation at low pollutant concentrations but are inhibited at higher concentrations. Finally we tested whether specific biomass growth (in number of cells) at the expense of pollutants can also be detected with communities as starting material. Hereto, we focused on a number of fragrance chemicals and measured community biomass increase by flow cytometry cell counting on two distinct starter communities: (i) diluted Lake Geneva water, and dilute activated sludge from a wastewater treatment plant. We observed that most of the test compounds indeed resulted in significant biomass increase in the starter community compared to a no-carbon added control, but activated sludge and lake Geneva water strongly differed (almost mutually ex¬clusive) in their capacity to degrade the test chemicals. In two cases for activated sludge the same type of microbial community developed upon compound exposure, as concluded from transcription fragment length polymorphism analysis on community purified and PCR amplified 16S rRNA gene fragments. To properly test compound biodegradability it is thus important to use starter communities of different origin. We conclude that FC counting can be a valuable tool to screen chemicals for their biodegradability and toxicity. - Des milliers de produits chimiques sont libérés dans l'environnement mais beaucoup ont des effets inconnus, en particulier à basses concentrations. Ce travail de thèse contribue à notre comprehension des effets de la pollution en utilisant des bacteries comme des organismes-tests. Les bacteries sont importantes pour etudier cette ques¬tion car certaines d'entre elles peuvent degrader ou transformer les polluants, mais également parce qu'elles-mmes peuvent tre inhibees dans leur reproduction après avoit ete exposees à ces composes toxiques. Quand des effets inhibiteurs ont lieu, la composition de la communauté microbienne peut tre changee à long terme, ce qui mène à une reduction du service d'ecosystème offert par ces communautés. En consequence, après leur liberation dans l'environnement, les produits chimiques d'origine anthropogenique peuvent soit s'y accumuler et per¬sister, exerant ainsi des effets encore inconnus sur les organismes vivants. En plus d'acquérir des connaissances de base sur les effets des polluants à basses concentra¬tions sur les communautés microbiennes, un but applique de cette thèse était de développer des tests bases sur les bacteries afin d'identifier de nouveau composes pour leur toxicité ou leur biodégradation. Dans la première partie de ce travail, nous avons developpe un test base sur la cytometrie de flux (FC) sur des cellules de Pseudomonas fluorescens colorees par du bromure d'ethidium ou de l'iodure de propidium et exposees ou non à une palette de polluants sous des conditions de croissance oligotrophique. La cytometrie de flux est une technique qui connaît de nombreuses applications dans la microbiologie environ¬nementale. Cela est principalement du au fait qu'elle permet un comptage rapide et precis ainsi que l'évaluation de l'état physiologique, en particulier lorsqu'elle est combinée h des colorations fluorescentes. Ici, nous avons utilise la technique FC et des colorants fluorescents afin de mesurer l'effet que peuvent exercer certains pollu¬ants sur Pseudomonas ûuorescens SV3 . D'abord nous avons conu des tests oligo- trophiques qui nous permettent de suivre la croissance complète de cellules en culture h des densites faibles (104 -10 7 cellules par ml), sur de l'acetate de sodium à 0.1 mM, en presence ou absence de produits chimiques (2-chlorobiphenyl (2CBP), naphthalène (NAH), 4-chlorophenol (4CP), tetradecane (TD), chlorure de mercure(II) (HgCl2)) à différentes concentrations. Afin de montrer le devenir des bacteries tant au niveau de la cellule individuelle que celui de la population globale, après exposition à des series de composes chimiques, nous avons compte les cellules colorees avec du SYT09 (col¬orant fluorescent vert des acides nucléiques pour la discrimination des cellules par rapport au bruit de fond) en combinaison avec l'iodure de propidium (PI) ou le bromure d'ethidium (EB), indicateurs de l'intégrité de la membrane cellulaire avec FC. Nous avons observe que de nombreux composes testes avaient un effet sur la croissance bacterienne, resultant en une baisse du taux de reproduction de la pop¬ulation. En outre, la double coloration que nous avons utilisee dans cette etude SYT09/PI ou SYT09/EB a montre que les produits chimiques testes induisaient une reponse heterogène des cellules dans la population, divisant celle-ci en sous- populations "saine", "endommagee" ou "morte". Les nombres de cellules à partir du comptage et de la proportion de celles "saines" et "endommagees/mortes" ont ensuite ete utilises pour modeliser la croissance de P. ûuorescens SV3 exposee aux produits chimiques. La reduction nette dans la croissance de population est une consequence du fait que de plus en plus de cellules sont incapables de se reproduire, plutt que du fait d'une croissance plus lente de l'ensemble de la population. De plus, la proportion de cellules endommagees est correllee au dosage du compose chimique. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure que le test oligotrophique que nous avons developpe peut tre utilise pour l'évaluation de la toxicité de produits chimiques sur différents modèles bacteriens. Des tests multiples peuvent tre lances en parallèle et les effets sont mesures en l'espace de huit heures. Par ailleurs, nous en déduisons que les produits chimiques exercént un effet sur la croissance des cellules de P. ûuorescens SV3, qui est heterogène parmi les cellules dans la population et depend du produit chimique. Il est intéressant de noter que dans les mmes tests d'exposition avec P. ûuorescens SV3, nous avons observe que certains composes qui n'ont pas conduit à une reduction du taux de la croissance nette de la population, ont cause des effets mesurables sur les cellule saines. Ceci a ete essentiellement observe dans la portion "saine" des cellules en tant qu'augmentation du signal de la fluorescence de 1ΈΒ. D'abord nous avons montre que SYT09/EB était une com¬binaison de colorants plus utile que celle de SYT09/PI parce que la fluorescence du PI a tendance à augmenter uniquement lorsque les cellules sont effectivement mortes, et non pas dans les cellules saines (moins de deux fois plus). Par opposi¬tion, la fluorescence moyenne de l'EB dans les cellules saines augmente jusqu'à huit fois plus après exposition aux composes toxiques. Tous les composes, mme aux plus basses concentrations, induisent une augmentation mesurable de la fluorescence moy¬enne de 1ΈΒ, plus particulièrement après deux heures d'incubation. Cet effet s'est revele tre transitoire pour les cellules exposees aux 2CNP et 4CP, mais est chro¬nique pour les cellules incubees avec le TD et le NAH (entranant la mort cellulaire). Afin de comprendre les mécanismes qui sous-tendent les effets observes, nous avons utilise des decoupleurs d'energie ou de membrane. L'augmentation du signal EB dans les populations causee par des produits chimiques ressemblait à celle exerce par le chelateur des ions divalents EDTA. Cependant, les intensités du signal EB des cellules exposees aux produits chimiques testees n'ont jamais atteint les valeurs des cellules traitees avec l'EDTA ou pasteurises. Nous en concluons que le test oli- gotrophique utilisant la coloration (SYT09/)EB des cellules exposees ou non à un produit chimique est utile afin d'evaluer l'effet toxique exerce par les polluants sur la physiologie bacterienne. Afin de mieux comprendre la reaction d'un système de defense par pompe à efflux après exposition à une toxine, nous avons étudié la toxicité du 2-hydroxybiphenyl (2-HBP) sur Pseudomonas azeiaica HBP1. Nous avons montre que le 2-HBP exerce une toxicité mme sur HBP1, mais uniquement à des concentrations supérieures à 0.5 mM. Au-dessus de cette concentration, des pertes transitoires d'intégrité et de polarization membranaire ont lieu, comme cela nous a ete montre par coloration des cellules en croissance. Les cellules sont finalement capables de se rétablir et de reprendre leur croissance sur 2-HBP. La forte resistance de P. azeiaica HBP1 h 2-HBP physiologie bacterienne s'est revele tre le résultat d'un système de pompe h efflux de type MexABOprM qui contre-balance l'influx passif de ce compose h travers la membrane. Nous avons montre, en construisant des mutants avec des insertions dans les gènes mexA, mexB and oprM et des fusions avec le gène rapporteur gfp, que l'altération de n'importe quelle partie du système d'efflux conduisait à accroître l'accumulation de 2-HBP dans la cellule, en comparaison avec la souche sauvage HBP1, provoquant une diminution de la resistance au 2-HBP ainsi qu'une baisse du taux de reproduction des cellules. Des systèmes d'efflux similaires sont répandus chez de nombreuses espèces bactériennes. Ils seraient responsables de la resistance aux produits chimiques tels que les colorants fluorescents (bromure d'ethidium) et des antibiotiques. Nous concluons que la resistance de P. azelaica HBP1 à 2-HBP est principalement due à un système d'efflux efficace et que 2-HBP, à des concentrations elevees, exerce un effet deletère sur la membrane bacterienne. En se basant sur le comptage des cellules avec la FC, nous avons developpe ensuite une methode pour evaluer la biodegradabilite de polluants tels que le 2-HBP ainsi que les antibiotiques (acide nalidixique (Nal), ampicilline (AMP) ou sulfamethoxazole (SMX)) à de faibles concentrations lmg par L et moins), par le suivi de la croissance spécifique sur le compose de cultures microbiennes pures et mixtes. En utilisant un comptage precis de faibles quantités de cellules nous avons pu demontrer que la croissance spécifique sur ces composes est possible. Nous avons pu illustrer la precision du comptage par cytometrie de flux à faible quantité de cellules (jusqu'à 10 3 cellules par ml). Ensuite, nous avons teste s'il était possible de suivre dynamiquement la croissance de la population de cellules sur faibles concentrations de substrats, en utilisant P. azelaica HBP1. Une relation parfaite a ete trouvee entre le taux de croissance, le rendement et les concentrations de 2-HBP (entre 0.1 et 5 mg par L). En mélangeant HBP1 à de la boue active, nous avons pu montrer que le rendement en communauté mixtes pouvait tre bien inférieur qu'en culture pure. Ceci étant peut tre le résultat d'une perte d'intermédiaires métaboliques. Nous avons ensuite isole de nouvelles souches à partir de la boue active en utilisant le 2-HBP ou des antibiotiques (Nal, AMP, SMX) h basses concentrations (0.1-1 mg par L) comme seules sources de carbone et d'energie. En combinaison avec ceci, nous avons également utilise des microplaques PAO. Les souches purifiees ont ensuite ete examinees pour leurs croissances sur leurs substrats respectifs. De faon intéressante, toutes ces souches ont montre qu'elles ne pouvaient pas survivre à des concentrations de substrats supérieures à 1 ou 10 mg par L. Ainsi, il existe des bacteries qui contribuent à la degradation de composes à basses concentrations de polluant mais sont inhibes lorsque ces concentrations deviennent plus hautes. Finalement, nous avons cherche à savoir s'il est possible de detecter une croissance spécifique à une biomasse au depend d'un polluant, en partant d'une communauté microbienne. Ainsi, nous nous sommes concentre sur certains composes et avons mesure l'augmentation de la biomasse d'une communauté grce à la cytometrie de flux. Nous avons compte deux communautés de depart distinctes: (i) une dilution d'eau du Lac Léman, et une dilution de boue active d'une station d'épuration. Nous avons observe que la plupart des composes testes ont entrane une augmentation de la biomasse de depart par rapport au control sans addition de source de carbone. Néanmoins, les échantillons du lac Léman et de la station d'épuration différaient largement (s'excluant mutuellement l'un l'autre) dans leur capacité à degrader les composes chimiques. Dans deux cas provenant de la station d'épuration, le mme type de communauté microbienne s'est developpe après exposition aux composes, comme l'a démontré l'analyse TRFLP sur les fragments d'ARN 16S purifie de la communauté et amplifie par PCR. Afin de tester correctement la biodegradabilite d'un compose, il est donc important d'utiliser des communautés de depart de différentes origines Nous en concluons que le comptage par cytometrie de flux peut tre un outil de grande utilité pour mettre en valeur la biodegradabillite et la toxicité des composes chimiques.

Glomerular hyperfiltration and increased proximal sodium reabsorption in subjects with type 2 diabetes or impaired fasting glucose in a population of the African region.

BACKGROUND. Glomerular hyperfiltration (GHF) is a well-recognized early renal alteration in diabetic patients. As the prevalence of GHF is largely unknown in populations in the African region with respect to normal fasting glucose (NFG), impaired fasting glucose (IFG) and type 2 diabetes [diabetes mellitus (DM)], we conducted a cross-sectional study in the Seychelles islands among families including at least one member with hypertension. METHODS. The glomerular filtration rate (GFR), effective renal plasma flow (ERPF) and proximal tubular sodium reabsorption were measured using inulin, p-aminohippurate (PAH) and endogenous lithium clearance, respectively. Twenty-four-hour urine was collected on the preceding day. RESULTS. Of the 363 participants (mean age 44.7 years), 6.6% had IFG, 9.9% had DM and 63.3% had hypertension. The prevalence of GHF, defined as a GFR >140 ml/min, was 17.2%, 29.2% and 52.8% in NFG, IFG and DM, respectively (P trend <0.001). Compared to NFG, the adjusted odds ratio for GHF was 1.99 [95% confidence interval (CI) 0.73-5.44] for IFG and 5.88 (2.39-14.45) for DM. Lithium clearance and fractional excretion of lithium were lower in DM and IFG than NFG (P < 0.001). CONCLUSION. In this population of African descent, subjects with impaired fasting glucose or type 2 diabetes had a high prevalence of GHF and enhanced proximal sodium reabsorption. These findings provide further insight on the elevated incidence of nephropathy reported among African diabetic individuals.

Comparaison des réponses hémodynamiques d'un repas modérément salé et d'un repas riche en sel : une hypothèse pour expliquer l'hypertrophie ventriculaire gauche des régimes hypersodés

De nombreuses études cliniques ont révélé une corrélation étroite entre un régime alimentaire riche en sel et le développement d'une hypertrophie ventriculaire gauche. Cette association a été classiquement attribuée aux effets hypertensifs à long terme d'une alimentation riche en sel. Toutefois, les études épidémiologiques ont également démontré que l'hypertrophie ventriculaire gauche peut survenir indépendamment de changements de pression artérielle.¦L'ingestion de sel n'étant pas distribuée de manière homogène durant la journée mais ayant lieu principalement durant les repas, nous émettons l'hypothèse que chaque repas riche en sel induit une augmentation aiguë de la pression artérielle, des pressions de remplissage cardiaque, du volume d'éjection systolique et du débit cardiaque. L'augmentation résultante du travail cardiaque pourrait ainsi à la longue entraîner une hypertrophie cardiaque.¦Pour tester si un repas riche en sel conduit à des modifications hémodynamiques favorisant l'hypertrophie cardiaque, nous avons comparé chez la même personne jeune et en bonne santé la réponse hémodynamique à un repas modérément salé (45 mmol) à celle d'un repas riche en sel (165 mmol de sodium). Les repas ont été pris de manière randomisée à 7 jours d'intervalle. Divers paramètres hémodynamiques ont été mesurés en continu avant et jusqu'à 140 minutes après chaque repas. Nos résultats montrent que les augmentations post-prandiales du volume d'éjection systolique et du travail cardiaque ont été plus prononcées après un repas à haute teneur en sel par rapport à un repas modérément salé.¦Nous spéculons que des apports chroniques en sel induisent des charges hémodynamiques répétées. Etant donné que la concentration plasmatique de sodium, qui est augmentée après un repas salé, est également capable de stimuler la croissance des myocytes cardiaques, il est possible que la combinaison sur des mois ou des années de pics hypernatrémiques post-prandiaux et de charges cardiaques soit responsable de l'hypertrophie cardiaque souvent observée avec une alimentation riche en sel.¦-¦Many clinical studies have shown a close correlation between a chronic high salt diet and the development of left ventricular hypertrophy. This association has been classically attributed to the long-term hypertensive effects of a high salt diet. However, epidemiological studies have also shown that left ventricular hypertrophy may occur independently of changes in arterial pressure.¦Since salt ingestion during a high salt diet is not distributed evenly over a 24-hr period, but occurs essentially during meal periods, we speculate that each acute salt load could lead to greater acute increases in blood pressure, heart filling pressure, stroke volume and cardiac output, putting an additional work load on the heart, promoting in the long run cardiac hypertrophy.¦To test whether a high salt meal leads to hemodynamic changes that may favor cardiac hypertrophy, we compared in the same healthy young individual the response to a moderately salted meal (45 mmol) and to a high-salt meal (165 mmol sodium), given in a random order on separate days, on various cardiovascular parameters that were continuously monitored before and up to 140 minutes after the meal. Our results show that the post-prandial increases in stroke volume, and cardiac work were more pronounced after a high-salt meal than after a low-salt meal.¦We speculate that repetitive salt loads associated with a high salt diet may lead to repetitive hemodynamic loads. Since plasma sodium concentration, which is increased after a salty meal, is also capable to stimulate myocyte growth, it is possible that the combination of post-prandial hypernatremic peaks and of cardiac loads may be responsible, when repeated many times over period of months, of the cardiac hypertrophy often seen with a high salt diet.

Identification of amino acid residues in the alpha, beta, and gamma subunits of the epithelial sodium channel (ENaC) involved in amiloride block and ion permeation.

The amiloride-sensitive epithelial Na channel (ENaC) is a heteromultimeric channel made of three alpha beta gamma subunits. The structures involved in the ion permeation pathway have only been partially identified, and the respective contributions of each subunit in the formation of the conduction pore has not yet been established. Using a site-directed mutagenesis approach, we have identified in a short segment preceding the second membrane-spanning domain (the pre-M2 segment) amino acid residues involved in ion permeation and critical for channel block by amiloride. Cys substitutions of Gly residues in beta and gamma subunits at position beta G525 and gamma G537 increased the apparent inhibitory constant (Ki) for amiloride by > 1,000-fold and decreased channel unitary current without affecting ion selectivity. The corresponding mutation S583 to C in the alpha subunit increased amiloride Ki by 20-fold, without changing channel conducting properties. Coexpression of these mutated alpha beta gamma subunits resulted in a non-conducting channel expressed at the cell surface. Finally, these Cys substitutions increased channel affinity for block by external Zn2+ ions, in particular the alpha S583C mutant showing a Ki for Zn2+ of 29 microM. Mutations of residues alpha W582L, or beta G522D also increased amiloride Ki, the later mutation generating a Ca2+ blocking site located 15% within the membrane electric field. These experiments provide strong evidence that alpha beta gamma ENaCs are pore-forming subunits involved in ion permeation through the channel. The pre-M2 segment of alpha beta gamma subunits may form a pore loop structure at the extracellular face of the channel, where amiloride binds within the channel lumen. We propose that amiloride interacts with Na+ ions at an external Na+ binding site preventing ion permeation through the channel pore.

Voltage-gated sodium channel expression in mouse DRG after SNI leads to re-evaluation of projections of injured fibers.

BACKGROUND: Dysregulation of voltage-gated sodium channels (Na(v)s) is believed to play a major role in nerve fiber hyperexcitability associated with neuropathic pain. A complete transcriptional characterization of the different isoforms of Na(v)s under normal and pathological conditions had never been performed on mice, despite their widespread use in pain research. Na(v)s mRNA levels in mouse dorsal root ganglia (DRG) were studied in the spared nerve injury (SNI) and spinal nerve ligation (SNL) models of neuropathic pain. In the SNI model, injured and non-injured neurons were intermingled in lumbar DRG, which were pooled to increase the tissue available for experiments. RESULTS: A strong downregulation was observed for every Na(v)s isoform expressed except for Na(v)1.2; even Na(v)1.3, known to be upregulated in rat neuropathic pain models, was lower in the SNI mouse model. This suggests differences between these two species. In the SNL model, where the cell bodies of injured and non-injured fibers are anatomically separated between different DRG, most Na(v)s were observed to be downregulated in the L5 DRG receiving axotomized fibers. Transcription was then investigated independently in the L3, L4 and L5 DRG in the SNI model, and an important downregulation of many Na(v)s isoforms was observed in the L3 DRG, suggesting the presence of numerous injured neurons there after SNI. Consequently, the proportion of axotomized neurons in the L3, L4 and L5 DRG after SNI was characterized by studying the expression of activating transcription factor 3 (ATF3). Using this marker of nerve injury confirmed that most injured fibers find their cell bodies in the L3 and L4 DRG after SNI in C57BL/6 J mice; this contrasts with their L4 and L5 DRG localization in rats. The spared sural nerve, through which pain hypersensitivity is measured in behavioral studies, mostly projects into the L4 and L5 DRG. CONCLUSIONS: The complex regulation of Na(v)s, together with the anatomical rostral shift of the DRG harboring injured fibers in C57BL/6 J mice, emphasize that caution is necessary and preliminary anatomical experiments should be carried out for gene and protein expression studies after SNI in mouse strains.

Ethnic differences in proximal and distal tubular sodium reabsorption are heritable in black and white populations.

BACKGROUND: Segmental handling of sodium along the proximal and distal nephron might be heritable and different between black and white participants. METHODS: We randomly recruited 95 nuclear families of black South African ancestry and 103 nuclear families of white Belgian ancestry. We measured the (FENa) and estimated the fractional renal sodium reabsorption in the proximal (RNaprox) and distal (RNadist) tubules from the clearances of endogenous lithium and creatinine. In multivariable analyses, we studied the relation of RNaprox and RNadist with FENa and estimated the heritability (h) of RNaprox and RNadist. RESULTS: Independent of urinary sodium excretion, South Africans (n = 240) had higher RNaprox (unadjusted median, 93.9% vs. 81.0%; P < 0.001) than Belgians (n = 737), but lower RNadist (91.2% vs. 95.1%; P < 0.001). The slope of RNaprox on FENa was steeper in Belgians than in South Africans (-5.40 +/- 0.58 vs. -0.78 +/- 0.58 units; P < 0.001), whereas the opposite was true for the slope of RNadist on FENa (-3.84 +/- 0.19 vs. -13.71 +/- 1.30 units; P < 0.001). h of RNaprox and RNadist was high and significant (P < 0.001) in both countries. h was higher in South Africans than in Belgians for RNaprox (0.82 vs. 0.56; P < 0.001), but was similar for RNadist (0.68 vs. 0.50; P = 0.17). Of the filtered sodium load, black participants reabsorb more than white participants in the proximal nephron and less postproximally. CONCLUSION: Segmental sodium reabsorption along the nephron is highly heritable, but the capacity for regulation in the proximal and postproximal tubules differs between whites and blacks.

Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acide-Sensing Ion Channels)

RESUME: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse Les canaux sodiques ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) participent à la signalisation neuronale dans les systèmes nerveux périphérique et central. Ces canaux non voltage dépendants sont impliqués dans l'apprentissage, l'expression de la peur, la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et la douleur. Les bases moléculaires sous-tendant leur activité ne sont pas encore totalement comprises. Ces canaux sont activés par une acidification du milieu extracellulaire et régulés, entre autres, par des ions tels que le Ca2+, le Zn2+ et le CI". La cristallisation de ASIC inactivé a été publiée. Le canal est un trimére de sous-unités identiques ou homologues. Chaque sous-unité a été décrite en analogie à un avant bras, un poignet et une main constituée d'un pouce, d'un doigt, d'une articulation, une boule β et une paume. Nous avons appliqué une approche bioinformatique systématique pour identifier les pH senseurs putatifs de ASICIa. Le rôle des pH senseurs putatifs a été testé par mutagénèse dirigée et des modifications chimiques combinées à une analyse fonctionnelle afin de comprendre comment les variations de ρ H ouvrent ces canaux. Les pH senseurs sont des acides aspartiques et glutamiques éparpillés sur la boucle extracellulaire suggérant que les changements de pH contrôlent l'activation et l'inactivation de ASIC en (dé)protonant ces résidus en divers endroits de la protéine. Par exemple lors de l'activation, la protonation des résidus à l'interface entre le pouce, la boule β et le doigt d'une même sous-unité induit un mouvement du pouce vers la bouie β et le doigt. De même lors de l'inactivation du canal les paumes des trois sous-unités formant une cavité se rapprochent. D'après notre approche bioinformatique, aucune histidine n'est impliquée dans la détection des variations de pH extracellulaire c'est-à-dire qu'aucune histidine ne serait un pH-senseur. Deux histidines de ASIC2a lient le Zn2+ et modifient l'affinité apparente du canal pour les protons. Une seule des deux est conservée parmi tous les ASICs, hASICIa H163. Elle forme un réseau de liaison hydrogène avec ses voisins conservés. L'étude détaillée de ce domaine, Pinterzone, montre son importance dans l'expression fonctionnelle des canaux. La perturbation de ce réseau par l'introduction d'un résidu hydrophobe (cystéine) par mutagénèse dirigée diminue l'expression du canal à la membrane plasmique. La modification des cystéines introduites par des réactifs spécifiques aux groupements sulfhydryle inhibe les canaux mutés en diminuant leur probabilité d'ouverture. Ces travaux décrivent les effets de l'acidification du milieu extracellulaire sur les canaux ASICs. ABSTRACT: Study of pH-dependent activation and inactivation of ASIC channels Benoîte BARGETON, Department of Pharmacology and Toxicology, University of Lausanne, Rue du Bugnon 27, CH-1G05 Lausanne, Switzerland The ASIC (Acid-Sensing Ion Channels) sodium channels are involved in neuronal signaling in the central and peripheral nervous system. These non-voltage-gated channels are involved in learning, the expression of fear, neurodegeneration after ischemia and pain sensation. The molecular bases underlying their activity are not yet fully understood. ASICs are activated by extracellular acidification and regulated, eg by ions such as Ca2+, the Zn2+ and CI". The crystallization of inactivated ASIC has been published. The channel is a trimer of identical or homologous subunits. Each subunit has been described in analogy to a forearm, wrist and hand consisting of a thumb, a finger, a knuckle, a β-ball and a palm. We applied a systematic computational approach to identify putative pH sensor(s) of ASICIa. The role of putative pH sensors has been tested by site-directed mutagenesis and chemical modification combined with functional analysis in order to understand how changes in pH open these channels. The pH sensors are aspartic and glutamic acids distributed throughout the extracellular loop, suggesting that changes in pH control activation and inactivation of ASIC by protonation / deprotonation of many residues in different parts of the protein. During activation the protonation of various residues at the interface between the finger, the thumb and the β-ball induces the movement of the thumb toward the finger and the β-ball. During inactivation of the channel the palms of the three subunits forming a cavity approach each other. No histidine has been shown to be involved in extracellular pH changes detection, i.e. no histidine is a pH- sensor. Two histidines of ASIC2 bind Zn2+ and alter the apparent affinity of channel for protons. Only one of the two His is conserved among all ASICs, hASICIa H163. This residue is part of a network of hydrogen bonding with its conserved neighbors. The detailed study of this area, the interzone, shows its importance in the functional expression of ASICs. Disturbance of this network by the introduction of hydrophobic residues decreases the cell surface channel expression. Chemical modification of the introduced cysteines by thiol reactive compounds inhibits the mutated channels by a reduction of their open probability. These studies describe the effects of extracellular acidification on ASICs. RESUME GRAND PUBLIC: Etude de l'activation et de l'inactivation pH-dépendantes des canaux ASICs (Acid-Sensing Ion Channels) Benoîte BARGETON, Département de Pharmacologie et de Toxicologie, Université de Lausanne, rue du Bugnon 27, CH-1005 Lausanne, Suisse La transmission synaptique est un processus chimique entre deux neurones impliquant des neurotransmetteurs et leurs récepteurs. Un dysfonctionnement de certains types de synapses est à l'origine de beaucoup de troubles nerveux, tels que certaine forme d'épilepsie et de l'attention. Les récepteurs des neurotransmetteurs sont de très bonnes cibles thérapeutiques dans de nombreuses neuropathologies. Les canaux ASICs sont impliqués dans la neurodégénération consécutive à une attaque cérébrale et les bloquer pourraient permettre aux patients d'avoir moins de séquelles. Les canaux ASICs sont des détecteurs de l'acidité qui apparaît lors de situations pathologiques comme l'ischémie et l'inflammation. Ces canaux sont également impliqués dans des douleurs. Cibler spécifiquement ces canaux permettrait d'avoir de nouveaux outils thérapeutiques car à l'heure actuelle l'inhibiteur de choix, l'amiloride, bloque beaucoup d'autres canaux empêchant son utilisation pour bloquer les ASICs. C'est pourquoi il faut connaître et comprendre les bases moléculaires du fonctionnement de ces récepteurs. Les ASICs formés de trois sous-unités détectent les variations de l'acidité puis s'ouvrent transitoirement pour laisser entrer des ions chargés positivement dans la cellule ce qui active la signalisation neuronale. Afin de comprendre les bases moléculaires de l'activité des ASICs nous avons déterminé les sites de liaison des protons (pH-senseurs), ligands naturels des ASICs et décrit une zone importante pour l'expression fonctionnelle de ces canaux. Grâce à une validation systématique de résultats obtenus en collaboration avec l'Institut Suisse de Bioinformatique, nous avons décrit les pH-senseurs de ASICIa. Ces résultats, combinés à ceux d'autres groupes de recherche, nous ont permis de mieux comprendre comment les ASICs sont ouverts par une acidification du milieu extracellulaire. Une seconde étude souligne le rôle structural crucial d'une région conservée parmi tous les canaux ASICs : y toucher c'est diminuer l'activité de la protéine. Ce domaine permet l'harmonisation des changements dus à l'acidification du milieu extracellulaire au sein d'une même sous-unité c'est-à-dire qu'elle participe à l'induction de l'inactivation due à l'activation du canal Cette étude décrit donc quelle région de la protéine atteindre pour la bloquer efficacement en faisant une cible thérapeutique de choix.