A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

Comparison of an EMG-based and a stress-based method to predict shoulder muscle forces.

The estimation of muscle forces in musculoskeletal shoulder models is still controversial. Two different methods are widely used to solve the indeterminacy of the system: electromyography (EMG)-based methods and stress-based methods. The goal of this work was to evaluate the influence of these two methods on the prediction of muscle forces, glenohumeral load and joint stability after total shoulder arthroplasty. An EMG-based and a stress-based method were implemented into the same musculoskeletal shoulder model. The model replicated the glenohumeral joint after total shoulder arthroplasty. It contained the scapula, the humerus, the joint prosthesis, the rotator cuff muscles supraspinatus, subscapularis and infraspinatus and the middle, anterior and posterior deltoid muscles. A movement of abduction was simulated in the plane of the scapula. The EMG-based method replicated muscular activity of experimentally measured EMG. The stress-based method minimised a cost function based on muscle stresses. We compared muscle forces, joint reaction force, articular contact pressure and translation of the humeral head. The stress-based method predicted a lower force of the rotator cuff muscles. This was partly counter-balanced by a higher force of the middle part of the deltoid muscle. As a consequence, the stress-based method predicted a lower joint load (16% reduced) and a higher superior-inferior translation of the humeral head (increased by 1.2 mm). The EMG-based method has the advantage of replicating the observed cocontraction of stabilising muscles of the rotator cuff. This method is, however, limited to available EMG measurements. The stress-based method has thus an advantage of flexibility, but may overestimate glenohumeral subluxation.

A PiggyBac-mediated approach for muscle gene transfer or cell therapy.

An emerging therapeutic approach for Duchenne muscular dystrophy is the transplantation of autologous myogenic progenitor cells genetically modified to express dystrophin. The use of this approach is challenged by the difficulty in maintaining these cells ex vivo while keeping their myogenic potential, and ensuring sufficient transgene expression following their transplantation and myogenic differentiation in vivo. We investigated the use of the piggyBac transposon system to achieve stable gene expression when transferred to cultured mesoangioblasts and into murine muscles. Without selection, up to 8% of the mesoangioblasts expressed the transgene from 1 to 2 genomic copies of the piggyBac vector. Integration occurred mostly in intergenic genomic DNA and transgene expression was stable in vitro. Intramuscular transplantation of mouse Tibialis anterior muscles with mesoangioblasts containing the transposon led to sustained myofiber GFP expression in vivo. In contrast, the direct electroporation of the transposon-donor plasmids in the mouse Tibialis muscles in vivo did not lead to sustained transgene expression despite molecular evidence of piggyBac transposition in vivo. Together these findings provide a proof-of-principle that piggyBac transposon may be considered for mesoangioblast cell-based therapies of muscular dystrophies.

Closed loop electrical muscle stimulation in spinal cord injured rehabilitation

The effect of motor training using closed loop controlled Functional Electrical Stimulation (FES) on motor performance was studied in 5 spinal cord injured (SCI) volunteers. The subjects trained 2 to 3 times a week during 2 months on a newly developed rehabilitation robot (MotionMaker?). The FES induced muscle force could be adequately adjusted throughout the programmed exercises by the way of a closed loop control of the stimulation currents. The software of the MotionMaker? allowed spasms to be detected accurately and managed in a way to prevent any harm to the SCI persons. Subjects with incomplete SCI reported an increased proprioceptive awareness for motion and were able to achieve a better voluntary activation of their leg muscles during controlled FES. At the end of the training, the voluntary force of the 4 incomplete SCI patients was found increased by 388% on their most affected leg and by 193% on the other leg. Active mobilisation with controlled FES seems to be effective in improving motor function in SCI persons by increasing the sensory input to neuronal circuits involved in motor control as well as by increasing muscle strength.

Role of CD4+CD25+ regulatory T cells in the antigen specific induction of tolerance "via" the nasal route

ABSTRACT Asthma is a complex inflammatory syndrome caused by environmental factors in predisposed individuals (atopics). Its severity correlates with the presence of activated T lymphocytes and eosinophils in the bronchoalveolar lavage fluid (BALF). Induction of tolerance via the nasal route results in reduced recruitment of eosinophils into BALF upon challenge, inhibition of TH2 pro-inflammatory cytokine secretion and T cell hyporesponsiveness. Recently, CD4+CD25+ natural regulatory T cells (Treg) were proposed as key players in controlling the development of asthma and allergic disease. The objective of the present study is to investigate the role of CD4+CD25+ regulatory T cells in the mechanisms leading to tolerance in an established model of asthma. In this goal we depleted CD4+CD25+ T cells at different times during asthma and tolerance induction protocol in mice and looked at efficiency of tolerization (intranasal application of high dose of allergen) in the absence of natural Tregs. First, ovalbumin-sensitized mice were depleted of CD25+ T cells by intraperitoneal injection of anti-CD25 mAb (PC61) either for along-term (repeated injections of anti-CD25 from day 31 until the end of the protocol) or a short-term period (single injection of anti-CD25 before or after tolerance induction). We demonstrated that the long-term depletion of CD4+CD25+ T cells severely hampered tolerance induction (marked enhancement in eosinophil recruitment into BALF and a vigorous antigen specific T cell response to OVA upon allergen challenge) whereas transient depletions were not sufficient to do so. We then characterized T cell subsets by flow cytometry and observed that a large part of CD4+CD25+ T cells express Foxp3, an established marker of regulatory T cells. We also tested in-vitro suppressor activity of CD4+CD25+ T cells from tolerized mice by cell proliferation assay in coculture and observed a strong suppressive activity. Our data suggest that CD4+CD25+ T cells with regulatory properties play a crucial role in the induction of tolerance via the nasal route. The relationship between CD25+ natural Treg and inducible IL-10+ TRl-type Treg will have to be defined. RESUME L'asthme est un syndrome inflammatoire complexe provoqué par des facteurs environnementaux chez des individus génétiquement prédisposés (atopiques). Sa sévérité corrèle avec la présence des lymphocytes T activés et d'éosinophiles dans le lavage bronchoalvéolaire (BAL). L'induction de la tolérance par la voie nasale résulte en une diminution du recrutement des eosinophils dans le BAL, une inhibition de la sécrétion de cytokines pro-inflammatoires de type TH2 et de l'hypo-réponse des cellules T à l'allergène. Récemment, les cellules régulatrices «naturelles » de type CD4+CD25+ T (Tregs) ont été proposées comme acteurs essentiels dans le développement de l'asthme et de l'allergie. L'objectif de cette étude est d'étudier le rôle des cellules régulatrices CD4+CD25+ T dans les mécanismes menant à la tolérance dans un modèle établi d'asthme. Dans ce but nous avons déplété les cellules de CD4+CD25+ T à différents temps au cours du protocole d'induction d'asthme et de tolérance et nous avons regardé l'efficacité de l'induction de tolérance (application intranasale d'une dose importante d'allergène) en l'absence de Tregs. Dans un premier temps des souris sensibilisées à l'ovalbumine (OVA) ont été déplétées en cellules CD25+ T par l'injection intrapéritonéale d'anti-CD25 mAb (PC61) pour une longue période (injections répétées d'anti-CD25 du jour 31 jusqu'à la fin du protocole) ou pour une courte période (injection unique d'anti-CD25 avant ou après l'induction de tolérance). Nous avons démontré que la déplétion à long t erme des cellules de CD4+CD25+ T a empêché l'induction de tolérance (recrutement accru d'éosinophiles dans le BAL et une réponse vigoureuse des cellules T spécifiques de l'antigène après exposition à l'allergène) tandis des déplétions à court-terme n'ont pas cet effet. Nous avons ensuite caractérisé des sous-populations de cellules T par cytométrie de flux. Nous avons observé que la majorité des cellules CD4+CD25+ T expriment Foxp3, un marqueur établi des cellules régulatrices. Nous avons également examiné in vitro l'activité régulatrice des cellules T CD4+CD25+ issues de souris tolérisées. La prolifération de cellules T en coculture a démontré une forte activité suppressive des cellules CD4+CD25+. Nos données suggèrent que des cellules T CD4+CD25+ ayant des propriétés régulatrices jouent un rôle crucial dans l'induction de la tolérance par la voie nasale. Le rapport entre les cellules régulatrices naturelles CD4+CD25+ et les cellules régulatrices inductible de type TR1 I1-10+ devra être défini. RESUME DESTINE A UN LARGE PUBLIC L'asthme est une maladie inflammatoire des bronches, caractérisée par des crises de dyspnée (gêne respiratoire) témoignant d'une activation brutale des muscles bronchoconstricteurs, auxquelles s'associent un oedème et une hypersécrétion des muqueuses des voies aériennes ainsi qu'une importante production d'anticorps de l'allergie (IgE). Chez la plupart des enfants atteints et chez près de la moitié des adultes concernés par l'asthme, c'est une allergie à des substances présentes dans l'air environnant (acariens, pollens ou poils d'animaux) qui est à l'origine de la maladie. . Le traitement actuel de l'asthme repose d'une part sur le soulagement des symptômes grâce à des produits à base de stéroïdes ou des bronchodilatateurs. D'autre part, l'immunothérapie spécifique (aussi appelée désensibilisation) permet d'améliorer l'asthme et de «reprogrammer» le système immunitaire. C'est à ce jour, le seul moyen connu de faire régresser une allergie. Cependant l'immunothérapie prend beaucoup de temps (3 à 5 ans) et ne marche pas à tous les coups ni pour tous les antigènes. Il est donc important de mieux comprendre les mécanismes impliqués lors d'un tel traitement afin d'en améliorer l'efficacité. Af n de pouvoir investiguer en détail ces mécanismes des modèles d'immunothérapie ont été mis au point chez la souris. Notre étude se base sur un modèle d'asthme allergique chez la souris. Des souris sont rendues allergiques à l'ovalbumine (OVA) et présentent alors les caractéristiques majeures de l'asthme humain (recrutement de cellules inflammatoires dans les poumons, augmentation de la production d'IgE et de la résistance des bronches aux flux respiratoires). Ces souris asthmatiques une fois traitées par l'application nasale d'OVA (forme d'immunothérapie muqueuse) ne développent plus de réaction allergique lors d'une ré-exposition à l'allergène. Notre hypothèse est que cette «guérison» (tolérance) est liée à l'action de cellules (lymphocytes T CD4) dites «régulatrices» et caractérisées par le marqueur CD25. Pour le démontrer, nous avons éliminé ces cellules «régulatrices» CD25 de nos souris asthmatiques grâce à un anticorps monoclonal spécifique. Nous n'avons dès lors plus été en mesure d'induire une tolérance à l'allergène. Ceci suggère donc un rôle clé des cellules «régulatrices» T CD4+CD25+ dans la réussite de l'immunothérapie nasale dans notre modèle. Nos résultats n'excluent pas la participation d'autres cellules telles que les lymphocytes producteurs d'IL-10 (lymphocytes régulateurs induits). Le rôle respectif de ces sous-populations régulatrices devra être examiné dans les études à venir. Une meilleure maîtrise des mécanismes de régulation pourrait s'avérer cruciale pour améliorer les thérapies de l'asthme.

Alteration of neuromuscular function in squash

The alteration in neuromuscular function of knee extensor muscles was characterised after a squash match in 10 trained players. Maximal voluntary contraction (MVC) and surface EMG activity of vastus lateralis (VL) and vastus medialis (VM) muscles were measured before and immediately after a 1-h squash match. M-wave and twitch contractile properties were analysed following single stimuli. MVC declined (280.5+/-46.8 vs. 233.6+/-35.4 Nm, -16%; P<0.001) after the exercise and this was accompanied by an impairment of central activation, as attested by decline in voluntary activation (76.7+/-10.4 vs. 71.3+/-9.6%, -7%; P<0.05) and raw EMG activity of the two vastii (-17%; P<0.05), whereas RMS/M decrease was lesser (VL: -5%; NS and VM: -12%; P=0.10). In the fatigued state, no significant changes in M-wave amplitude (VL: -9%; VM: -5%) or duration were observed. Following exercise, the single twitch was characterised by lower peak torque (-20%; P<0.001) as well as shorter half-relaxation time (-13%; P<0.001) and reduced maximal rate of twitch tension development (-23%; P<0.001) and relaxation (-17%; P<0.05). A 1-h squash match play caused peripheral fatigue by impairing excitation-contraction coupling, whereas sarcolemmal excitability seems well preserved. Our results also emphasise the role of central activation failure as a possible mechanism contributing to the torque loss observed in knee extensors. Physical conditioners should consider these effects when defining their training programs for squash players.

Présentation clinique des carcinomes intraépithéliaux (CIN) et des carcinomes invasive de la conjonctive: analyse de 100 cas

Introduction : Les carcinomes de la conjonctive sont les tumeurs oculaires épithéliales des plus fréquentes. Ces tumeurs peuvent se limiter à la membrane basale ou l'envahir pour devenir des tumeurs invasifs. Le diagnostic différentiel entre tumeurs intra‐épithéliales (CIN) et invasifs est exclusivement fait histologiquement. Le but de la présente étude est de définir les caractéristiques cliniques qui sont en faveur du diagnostic d'une CIN ou d'un carcinome invasif afin de améliorer le traitement. Méthode : étude rétrospective des carcinomes de la conjonctive examinés et traités à la Clinique Ophtalmologique Universitaire de Lausanne. Au total 100 dossiers de patients sont étudiés : divers signes cliniques sont notés et analysé selon le type de tumeur (intra‐épithélial et invasif). Résultats : 20 des tumeurs étudié étaient invasifs et 80 intra‐épihteliales, avec une moyenne d'âge de 65 ans. La lésion conjonctivale était localisée pour 40 cas sur 100 dans la région nasale, 22 temporale, 7 inférieures, 3 supérieurs. La forme gélatineuse de la tumeur se présente dans 36 cas sur 100 avec une fréquence relative de 17% en tumeur invasive et 83% en CIN. La forme nodulaire apparait dans 26 cas sur 100 avec 15% en tumeurs invasive et 85% en CIN. La forme papillaire elle se trouve dans 17 cas sur 100 avec 24% invasif et 76% CIN. 21 cas sur 100 sont de type diffus avec 29% invasif et 71% CIN. La kératine était présente dans 40 cas sur 100 avec 23% dans la tumeur invasive et 77% dans CIN. La cornée était touchée dans 74 cas sur 100 avec 20% des cas invasifs et 80% CIN. La taille la plus commune avec 57 cas sur 100 cas est la petite, 21 cas étaient de taille moyenne et 22 cas de taille volumineuse. La grande partie des tumeurs se présente avec un vasodilatation et 45 tumeurs avaient un vascularisation des muscles rectilignes VxR (18% invasif et 82% CIN), 25 cas avaient une vascularisation conjonctivale VxC (0% invasif et 100% CIN), et 30 cas plutôt une vascularisation mixte VxM (33% invasif et 67% CIN). On a trouvé qu'une vasodilatation de la vascularisation mixte (P=0,0294) est statistiquement significative pour caractériser une tumeur invasive et une vasodilatation de la vascularisation de la conjonctive est indicatif pour diagnostiquer un CIN (P=0,0159). La taille de la tumeur joue aussi un rôle important ; dans notre cas la taille volumineuse est statistiquement significative pour déterminer le risque d'avoir une tumeur invasive (P=0,0234). Conclusion : Pour le moment l'excision de la lésion est la méthode la plus plausible pour différencier les carcinomes de la conjonctive. Différents critères permettent de suspecter si la tumeur est invasive ou un CIN, mais ils ne sont pas suffisamment forts pour baser la décision thérapeutique là dessus.

Jumping Jack Flash.

A 38-year-old woman presented with blurred vision and "jumping" of the right eye for 7 months. Magnetic resonance imaging of the head was normal. Intermittent intorsion of the right eye was noted on examination, consistent with superior oblique myokymia. She was initially treated with carbamazepine but stopped after becoming light-headed. The diagnosis and treatment of superior oblique myokymia are discussed.

Identification of the pathological alterations underlying respiratory failure in myotonic dystrophy transgenic mice

AbstractMyotonic dystrophy type 1 (DM1), also known as Steinert's disease, is an inherited autosomal dominant disease. DM1 is characterized by myotonia, muscular weakness and atrophy, but it has a multisystemic phenotype. The genetic basis of the disease is the abnormal expansion of CTG repeats in the 3' untranslated region of the DM protein kinase (DMPK) gene on chromosome 19. The size of the expansion correlates to the severity of the disease and the age of onset.Respiratory problems have long been recognized to be a major feature of the disease and are the main factor contributing to mortality ; however the mechanisms are only partly known. The aim of our study is to investigate whether respiratory failure results only from the involvement of the dystrophic process at the level of the respiratory muscles or comes also from abnormalities in the neuronal network that generates and controls the respiratory rhythm. The generation of valid transgenic mice displaying the human DM1 phenotype by the group of Dr. Gourdon provided us a useful tool to analyze the brain stem respiratory neurons, spinal phrenic motoneurons and phrenic nerves. We examined therefore these structures in transgenic mice carrying 350-500 CTGs and displaying a mild form of the disease (DM1 mice). The morphological and morphometric analysis of diaphragm muscle sections revealed a denervation of the end-plates (EPs), characterized by a decrease in size and shape complexity of EPs and a reduction in the density of acetylcholine receptors (AChRs). Also a strong and significant reduction in the number of phrenic unmyelinated fibers was detected, but not in the myelinated fibers. In addition, no pathological changes were detected in the cervical motoneurons and medullary respiratory centers (Panaite et al., 2008). These results suggest that the breathing rhythm is probably not affected in mice expressing a mild form of DM1, but rather the transmission of action potentials at the level of diaphragm NMJs is deficient.Because size of the mutation increases over generations, new transgenic mice were obtained from the mice with 350-500 CTGs, resulting from a large increase of CTG repeat in successive generations, these mice carry more than 1300 CTGs (DMSXL) and display a severe DM1 phenotype (Gomes-Pereira et al., 2007). Before we study the mechanism underlying the respiratory failure in DMSXL mice, we analyzed the peripheral nervous system (PNS) in these mice by electrophysiological, histological and morphometric methods. Our results provide strong evidence that DMSXL mice have motor neuropathy (Panaite et al., 2010, submitted). Therefore the DMSXL mice expressing severe DM1 features represent for us a good tool to investigate, in the future, the physiological, structural and molecular alterations underlying respiratory failure in DM1. Understanding the mechanism of respiratory deficiency will help to better target the therapy of these problems in DM1 patients. In addition our results may, in the future, orientate pharmaceutical and clinical research towards possible development of therapy against respiratory deficits associated with the DM1.RésuméLa dystrophic myotonique type 1 (DM1), aussi dénommée maladie de Steinert, est une maladie héréditaire autosomique dominante. Elle est caractérisée par une myotonie, une faiblesse musculaire avec atrophie et se manifeste aussi par un phénotype multisystémique. La base génétique de la maladie est une expansion anormale de répétitions CTG dans une région non traduite en 3' du gène de la DM protéine kinase (DMPK) sur le chromosome 19. La taille de l'expansion est corrélée avec la sévérité et l'âge d'apparition de DM1.Bien que les problèmes respiratoires soient reconnus depuis longtemps comme une complication de la maladie et soient le principal facteur contribuant à la mortalité, les mécanismes en sont partiellement connus. Le but de notre étude est d'examiner si l'insuffisance respiratoire de la DM1 est dû au processus dystrophique au niveau des muscles respiratoires ou si elle est entraînée aussi par des anomalies dans le réseau neuronal qui génère et contrôle le rythme respiratoire. La production par le groupe du Dr. Gourdon de souris transgéniques de DM1, manifestant le phénotype de DM1 humaine, nous a fourni un outil pour analyser les nerfs phréniques, les neurones des centres respiratoires du tronc cérébral et les motoneurones phréniques. Par conséquence, nous avons examiné ces structures chez des souris transgéniques portant 350-500 CTG et affichant une forme légère de la maladie (souris DM1). L'analyse morphologique et morphométrique des sections du diaphragme a révélé une dénervation des plaques motrices et une diminution de la taille et de la complexité de la membrane postsynaptîque, ainsi qu'une réduction de la densité des récepteurs à l'acétylcholine. Nous avons aussi détecté une réduction significative du nombre de fibres nerveuses non myélinisées mais pas des fibres myélinisées. Par ailleurs, aucun changement pathologique n'a été détecté pour les neurones moteurs médullaires cervicaux et centres respiratoires du tronc cérébral (Panaite et al., 2008). Ces résultats suggèrent que le iythme respiratoire n'est probablement pas affecté chez les souris manifestant une forme légère du DM1, mais plutôt que la transmission des potentiels d'action au niveau des plaques motrices du diaphragme est déficiente.Comme la taille du mutation augmente au fil des générations, de nouvelles souris transgéniques ont été générés par le groupe Gourdon; ces souris ont plus de 1300 CTG (DMSXL) et manifestent un phénotype sévère du DM1 (Gomes-Pereira et al., 2007). Avant d'étudier le mécanisme sous-jacent de l'insuffisance respiratoire chez les souris DMSXL, nous avons analysé le système nerveux périphérique chez ces souris par des méthodes électrophysiologiques, histologiques et morphométriques. Nos résultats fournissent des preuves solides que les souris DMSXL manifestent une neuropathie motrice (Panaite et al., 2010, soumis). Par conséquent, les souris DMSXL représentent pour nous un bon outil pour étudier, à l'avenir, les modifications physiologiques, morphologiques et moléculaires qui sous-tendent l'insuffisance respiratoire du DM1. La connaissance du mécanisme de déficience respiratoire en DM1 aidera à mieux cibler le traitement de ces problèmes aux patients. De plus, nos résultats pourront, à l'avenir, orienter la recherche pharmaceutique et clinique vers le développement de thérapie contre le déficit respiratoire associé à DM1.

The anticancer drug tamoxifen counteracts the pathology in a mouse model of duchenne muscular dystrophy.

Duchenne muscular dystrophy (DMD) is a severe disorder characterized by progressive muscle wasting,respiratory and cardiac impairments, and premature death. No treatment exists so far, and the identification of active substances to fight DMD is urgently needed. We found that tamoxifen, a drug used to treat estrogen-dependent breast cancer, caused remarkable improvements of muscle force and of diaphragm and cardiac structure in the mdx(5Cv) mouse model of DMD. Oral tamoxifen treatment from 3 weeks of age for 15 months at a dose of 10 mg/kg/day stabilized myofiber membranes, normalized whole body force, and increased force production and resistance to repeated contractions of the triceps muscle above normal values. Tamoxifen improved the structure of leg muscles and diminished cardiac fibrosis by~ 50%. Tamoxifen also reduced fibrosis in the diaphragm, while increasing its thickness,myofiber count, and myofiber diameter, thereby augmenting by 72% the amount of contractile tissue available for respiratory function. Tamoxifen conferred a markedly slower phenotype to the muscles.Tamoxifen and its metabolites were present in nanomolar concentrations in plasma and muscles,suggesting signaling through high-affinity targets. Interestingly, the estrogen receptors ERa and ERb were several times more abundant in dystrophic than in normal muscles, and tamoxifen normalized the relative abundance of ERb isoforms. Our findings suggest that tamoxifen might be a useful therapy for DMD.

Correlations of glycogen synthase and phosphorylase activities with glycogen concentration in human muscle biopsies. Evidence for a double-feedback mechanism regulating glycogen synthesis and breakdown.

The purpose of this study was to verify in man the relationships of muscle glycogen synthase and phosphorylase activities with glycogen concentration that were reported in animal studies. The upper level of glycogen concentration in muscle is known to be tightly controlled, and glycogen concentration was reported to have an inhibitory effect on synthase activity and a stimulatory effect on phosphorylase activity. Glycogen synthase and phosphorylase activity and glycogen concentration were measured in muscle biopsies in a group of nine normal subjects after stimulating an increase of their muscle glycogen concentration through either an intravenous glucose-insulin infusion to stimulate glycogen synthesis, or an Intralipid (Vitrum, Stockholm, Sweden) infusion in the basal state to inhibit glycogen mobilization by favoring lipid oxidation at the expense of glucose oxidation. Phosphorylase activity increased from 71.3 +/- 21.0 to 152.8 +/- 20.0 nmol/min/mg protein (P < .005) after the glucose-insulin infusion. Phosphorylase activity was positively correlated with glycogen concentration (P = .005 and P = .0001) after the glucose-insulin and Intralipid infusions, respectively. Insulin-stimulated glycogen synthase activity was significantly negatively correlated with glycogen concentration at the end of the Intralipid infusion (P < .005). In conclusion, by demonstrating a negative correlation of glycogen concentration with glycogen synthase and a positive correlation with phosphorylase, this study might confirm in man the double-feedback mechanism by which changes in glycogen concentration regulate glycogen synthase and phosphorylase activities. It suggests that this mechanism might play an important role in the regulation of glucose storage.

Neuro-mechanical and metabolic adjustments to the repeated anaerobic sprint test in professional football players.

PURPOSE: This study aimed to determine the neuro-mechanical and metabolic adjustments in the lower limbs induced by the running anaerobic sprint test (the so-called RAST). METHODS: Eight professional football players performed 6 × 35 m sprints interspersed with 10 s of active recovery on artificial turf with their football shoes. Sprinting mechanics (plantar pressure insoles), root mean square activity of the vastus lateralis (VL), rectus femoris (RF), and biceps femoris (BF) muscles (surface electromyography, EMG) and VL muscle oxygenation (near-infrared spectroscopy) were monitored continuously. RESULTS: Sprint time, contact time and total stride duration increased from the first to the last repetition (+17.4, +20.0 and +16.6 %; all P < 0.05), while flight time and stride length remained constant. Stride frequency (-13.9 %; P < 0.001) and vertical stiffness decreased (-27.2 %; P < 0.001) across trials. Root mean square EMG activities of RF and BF (-18.7 and -18.1 %; P < 0.01 and 0.001, respectively), but not VL (-1.2 %; P > 0.05), decreased over sprint repetitions and were correlated with the increase in running time (r = -0.82 and -0.90; both P < 0.05). Together with a better maintenance of RF and BF muscles activation levels over sprint repetitions, players with a better repeated-sprint performance (lower cumulated times) also displayed faster muscle de- (during sprints) and re-oxygenation (during recovery) rates (r = -0.74 and -0.84; P < 0.05 and 0.01, respectively). CONCLUSION: The repeated anaerobic sprint test leads to substantial alterations in stride mechanics and leg-spring behaviour. Our results also strengthen the link between repeated-sprint ability and the change in neuromuscular activation as well as in muscle de- and re-oxygenation rates.

Embodied memory: unconscious smiling modulates emotional evaluation of episodic memories.

Since Damasio introduced the somatic markers hypothesis in Damasio (1994), it has spread through the psychological community, where it is now commonly acknowledged that somatic states are a factor in producing the qualitative dimension of our experiences. Present actions are emotionally guided by those somatic states that were previously activated in similar experiences. In this model, somatic markers serve as a kind of embodied memory. Here, we test whether the manipulation of somatic markers can modulate the emotional evaluation of negative memories. Because facial feedback has been shown to be a powerful means of modifying emotional judgements, we used it to manipulate somatic markers. Participants first read a sad story in order to induce a negative emotional memory and then were asked to rate their emotions and memory about the text. Twenty-four hours later, the same participants were asked to assume a predetermined facial feedback (smiling) while reactivating their memory of the sad story. The participants were once again asked to fill in emotional and memory questionnaires about the text. Our results showed that participants who had smiled during memory reactivation later rated the text less negatively than control participants. However, the contraction of the zygomaticus muscles during memory reactivation did not have any impact on episodic memory scores. This suggests that manipulating somatic states modified emotional memory without affecting episodic memory. Thus, modulating memories through bodily states might pave the way to studying memory as an embodied function and help shape new kinds of psychotherapeutic interventions.

Inactivation of PPARβ/δ adversely affects satellite cells and reduces postnatal myogenesis.

Peroxisome proliferator-activated receptor β/δ (PPARβ/δ) is a ubiquitously expressed gene with higher levels observed in skeletal muscle. Recently, our laboratory showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that PPARβ/δ modulates myostatin activity to induce myogenesis in skeletal muscle. In the present study, we show that PPARβ/δ-null mice display reduced body weight, skeletal muscle weight, and myofiber atrophy during postnatal development. In addition, a significant reduction in satellite cell number was observed in PPARβ/δ-null mice, suggesting a role for PPARβ/δ in muscle regeneration. To investigate this, tibialis anterior muscles were injured with notexin, and muscle regeneration was monitored on days 3, 5, 7, and 28 postinjury. Immunohistochemical analysis revealed an increased inflammatory response and reduced myoblast proliferation in regenerating muscle from PPARβ/δ-null mice. Histological analysis confirmed that the regenerated muscle fibers of PPARβ/δ-null mice maintained an atrophy phenotype with reduced numbers of centrally placed nuclei. Even though satellite cell numbers were reduced before injury, satellite cell self-renewal was found to be unaffected in PPARβ/δ-null mice after regeneration. Previously, our laboratory had showed (Bonala S, Lokireddy S, Arigela H, Teng S, Wahli W, Sharma M, McFarlane C, Kambadur R. J Biol Chem 287: 12935-12951, 2012) that inactivation of PPARβ/δ increases myostatin signaling and inhibits myogenesis. Our results here indeed confirm that inactivation of myostatin signaling rescues the atrophy phenotype and improves muscle fiber cross-sectional area in both uninjured and regenerated tibialis anterior muscle from PPARβ/δ-null mice. Taken together, these data suggest that absence of PPARβ/δ leads to loss of satellite cells, impaired skeletal muscle regeneration, and postnatal myogenesis. Furthermore, our results also demonstrate that functional antagonism of myostatin has utility in rescuing these effects.

Neuropathogenesis in glutaric aciduria type I and methylmalonic aciduria

Glutaric aciduria type-I (GA-I) and methylmalonic aciduria (MMA-uria) are two neurometabolic diseases manifesting in neonatal period and early childhood. They belong to the group of organic acidurias and are caused by defects in the catabolism of amino acids, leading to massive accumulation of toxic metabolites in the body and severe brain injury. Therapeutic strategies are mainly based on reversing catabolic state during metabolic crisis and dietary protein restriction that both aim to prevent extra production of toxic metabolites. Specific and neuroprotective treatments are missing because the mechanisms of brain damage in these diseases are only poorly understood. The principal objective of my work was to develop in vitro models for both diseases aiming at elucidation of toxic effects of the main metabolites accumulating in GA-I (glutaric acid (GA) and 3-hydroxy glutaric acid (3-OHGA)) and MMA-uria (methylmalonic acid (MMA), propionic acid (PA) and 2-methylcitric acid (2-MCA)) on developing brain cells, and to study the cellular pathways targeted by these deleterious effects in order to find new therapeutic potentials. We used re-aggregated embryonic rat brain cells in organotypic 3D cultures, which were exposed to toxic metabolites at different developing stages of the cultures. In parallel, we studied the cellular localization of the defected enzyme in GA-I, glutaryl-CoA dehydrogenase (GCDH), in the brain and peripheral tissues of rats in adulthood and during embryonic development. GCDH expression: GCDH showed a strong neuronal expression in embryonic central and peripheral nervous system. In the adult brain, GCDH expression was exclusively neuronal with the strongest signal in cerebral cortex and Purkinje cells. GCDH expression was homogenous in embryonic peripheral organs with high levels in intestinal mucosa at late stages. Strong GCDH expression was also observed in liver and intestinal mucosa and with lower intensity in muscles, convoluted renal tubules and renal collecting tubes in adult peripheral organs. GA-I and MMA-uria in vitro models: 3-OHGA (for GA-I) and 2-MCA (for MMA-uria) showed the most deleterious effects at early stages of the cultures with morphological and biochemical alterations and induction of cell death. 3-OHGA and 2-MCA caused astrocytic cell suffering reflected by astrocytic fiber loss and swelling and retardation in oligodendrocytic maturation and/or differentiation. High ammonium increase concomitant with glutamine decrease was observed in these cultures. Neurons were not substantially affected. Our studies revealed that brain-cell generated ammonia may play a role in the neuropathogenesis of these diseases. Thus, developing neuroprotective strategies that target ammonium toxicity in the brain of GA-I and MMA-uria patients might be important according to our findings. -- L'acidurie glutarique de type I (GA-I) et l'acidurie méthylmalonique (MMA-urie) sont deux maladies neurométaboliques se manifestant durant la période néonatale ou la petite enfance, et qui appartiennent aux aciduries organiques. Elles sont causées par des défauts dans le catabolisme des acides aminés, conduisant à une accumulation des métabolites toxiques dans le corps et aussi des lésions cérébrales sévères. Le traitement est limité à une prise en charge d'urgence pendant la crise métabolique et à une diète restreinte en protéines naturelles. Des traitements spécifiques, neuroprotecteurs manquent principalement parce que les mécanismes conduisant aux lésions cérébrales dans ces maladies sont peu connus. L'objectif principal de mon travail était d'élucider les effets toxiques des métabolites accumulés dans GA-I (l'acide glutarique (GA) et l'acide 3-hydroxyglutarique (3-OHGA)) et MMA-uria (l'acide méthylmalonique (MMA), l'acide propionique (PA) et l'acide 2-méthylcitrique(2-MCA) sur les cellules du cerveau ainsi que les voies cellulaires impliquées, dans le but de trouver de potentielles nouvelles stratégies thérapeutiques. Nous avons utilisé un modèle in vitro de cultures 3D de cellules de cerveau d'embryons de rat (en développement) en les exposant aux métabolites toxiques à différents stades de développement des cultures. En parallèle, nous avons étudié la localisation cellulaire de l'enzyme déficiente dans GA-I, la CoA-glutarly déshydrogénase (GCDH), dans le cerveau et les organes périphériques des rats adultes et pendant le développement embryonnaire. L'expression de GCDH: GCDH a montré une expression neuronale forte dans le système nerveux chez l'embryon et le cerveau adulte. L'expression était homogène dans les organes périphériques avec une forte expression dans l'intestin. Les modèles in vitro de GA-I et MMA-uria : 3-OHGA en modèle GA-I et 2-MCA en modèle MMA-uria ont montré les effets délétères les plus importants avec des altérations morphologiques des cellules et biochimiques dans le milieu de culture et l'induction de mort cellulaire non-apoptotique (3-OHGA) ou apoptotique (2-MCA). 3-OHGA et 2-MCA ont provoqué une souffrance astrocytaire avec perte des fibres et gonflement et un retard de maturation et/ou de différentiation des oligodendrocytes. Une augmentation importante d'ammonium avec une diminution concomitante de glutamine a été observée dans les cultures. Les neurones n'étaient pas vraiment affectés. Nos études ont révélé que l'ammonium généré par les cellules cérébrales pourrait jouer un rôle dans la neuropathogenèse de ces deux maladies. Par conséquent, développer des stratégies neuroprotectrices ciblant la toxicité de l'ammonium dans le cerveau des patients atteints de GA-I ou MMA-urie pourrait être très important selon nos résultats.