Neuromodulation by oxytocin and vasopressin in the central nervous system as a basis for their rapid behavioral effects

The last several years have seen an increasing number of studies that describe effects of oxytocin and vasopressin on the behavior of animals or humans. Studies in humans have reported behavioral changes and, through fMRI, effects on brain function. These studies are paralleled by a large number of reports, mostly in rodents, that have also demonstrated neuromodulatory effects by oxytocin and vasopressin at the circuit level in specific brain regions. It is the scope of this review to give a summary of the most recent neuromodulatory findings in rodents with the aim of providing a potential neurophysiological basis for their behavioral effects. At the same time, these findings may point to promising areas for further translational research towards human applications.

The joy of sex pheromones.

Sex pheromones provide an important means of communication to unite individuals for successful reproduction. Although sex pheromones are highly diverse across animals, these signals fulfil common fundamental roles in enabling identification of a mating partner of the opposite sex, the appropriate species and of optimal fecundity. In this review, we synthesize both classic and recent investigations on sex pheromones in a range of species, spanning nematode worms, insects and mammals. These studies reveal comparable strategies in how these chemical signals are produced, detected and processed in the brain to regulate sexual behaviours. Elucidation of sex pheromone communication mechanisms both defines outstanding models to understand the molecular and neuronal basis of chemosensory behaviours, and reveals how similar evolutionary selection pressures yield convergent solutions in distinct animal nervous systems. EMBO reports advance online publication 13 September 2013; doi:10.1038/embor.2013.140.

Differential distribution of tau proteins in developing cat cerebellum.

The differential distribution and phosphorylation of tau proteins in cat cerebellum was studied with two well characterized antibodies, TAU-1 and TAU-2. TAU-1 detects tau proteins in axons, and the epitope in perikarya and dendrites is masked by phosphorylation. TAU-2 detects a phosphorylation-independent epitope on tau proteins. The molecular composition of tau proteins in the range of 45 kD to 64 kD at birth changed after the first postnatal month to a set of several adult variants of higher molecular weights in the range of 59 kD to 95 kD. The appearance of tau proteins in subsets of axons corresponds to the axonal maturation of cerebellar local-circuit neurons in granular and molecular layers and confirms previous studies. Tau proteins were also identified in synapses by immunofluorescent double-staining with synapsin I, located in the pinceau around the Purkinje cells, and in glomeruli. Dephosphorylation of juvenile cerebellar tissue by alkaline phosphatase indicated indirectly the presence of differentially phosphorylated tau forms mainly in juvenile ages. Additional TAU-1 immunoreactivity was unmasked in numerous perikarya and dendrites of stellate cells, and in cell bodies of granule cells. Purkinje cell bodies were stained transiently at juvenile ages. During postnatal development, the intensity of the phosphate-dependent staining decreased, suggesting that phosphorylation of tau proteins in perikarya and dendrites may be essential for early steps in neuronal morphogenesis during cat cerebellum development.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.

Oxytocin enhances the inhibitory effects of diazepam in the rat central medial amygdala.

Oxytocin is a neuropeptide that can reduce neophobia and improve social affiliation. In vitro, oxytocin induces a massive release of GABA from neurons in the lateral division of the central amygdala which results in inhibition of a subpopulation of peripherally projecting neurons in the medial division of the central amygdala (CeM). Common anxiolytics, such as diazepam, act as allosteric modulators of GABA(A) receptors. Because oxytocin and diazepam act on GABAergic transmission, it is possible that oxytocin can potentiate the inhibitory effects of diazepam if both exert their pre, - respectively postsynaptic effects on the same inhibitory circuit in the central amygdala. We found that in CeM neurons in which diazepam increased the inhibitory postsynaptic current (IPSC) decay time, TGOT (a specific oxytocin receptor agonist) increased IPSC frequency. Combined application of diazepam and TGOT resulted in generation of IPSCs with increased frequency, decay times as well as amplitudes. While individual saturating concentrations of TGOT and diazepam each decreased spontaneous spiking frequency of CeM neurons to similar extent, co-application of the two was still able to cause a significantly larger decrease. These findings show that oxytocin and diazepam act on different components of the same GABAergic circuit in the central amygdala and that oxytocin can facilitate diazepam effects when used in combination. This raises the possibility that neuropeptides could be clinically used in combination with currently used anxiolytic treatments to improve their therapeutic efficacy.

Role of the hypocretin system in cocaine- and alcohol-related behaviors : evidence from hypocretin-deficient mice

RésuméL'addiction aux drogues est une maladie multifactorieile affectant toutes les strates de notre société. Cependant, la vulnérabilité à développer une addiction dépend de facteurs environnementaux, génétiques et psychosociaux. L'addiction aux drogues est décrite comme étant une maladie chronique avec un taux élevé de rechutes. Elle se caractérise par un besoin irrépressible de consommer une drogue et une augmentation progressive de la consommation en dépit des conséquences néfastes. Les mécanismes cérébraux responsables des dépendances aux drogues ne sont que partiellement élucidés, malgré une accumulation croissante d'évidences démontrant des adaptations au niveau moléculaire et cellulaire au sein des systèmes dopaminergique et glutamatergique. L'identification de nouveaux facteurs neurobiologiques responsables de la vulnérabilité aux substances d'abus est cruciale pour le développement de nouveaux traitements thérapeutiques capables d'atténuer et de soulager les symptômes liés à la dépendance aux drogues.Au cours des dernières années, de nombreuses études ont démontré qu'un nouveau circuit cérébral, le système hypocrétinergique, était impliqué dans plusieurs fonctions physiologiques, tel que l'éveil, le métabolisme énergétique, la motivation, le stress et les comportements liés aux phénomènes de récompense. Le système hypocrétinergique est composé d'environ 3000-4000 neurones issus de l'hypothalamus latéral projetant dans tout ie cerveau. Des souris transgéniques pour le gène des hypocrétines ont été générées et leur phénotype correspond à celui des animaux sauvages, excepté le fait qu'elles soient atteintes d'attaques de sommeil similaires à celles observées chez les patients narcoleptiques. H semblerait que les hypocrétines soient requises pour l'acquisition et l'expression de la dépendance aux drogues. Cependant, le mécanisme précis reste encore à être élucidé. Dans ce rapport, nous rendons compte des comportements liés aux phénomènes de récompense liés à l'alcool et à la cocaine chez les souris knock-out (KO), hétérozygotes (HET) et sauvages (WT).Nous avons, dans un premier temps, évalué l'impact d'injections répétées de cocaïne (15 mg/kg, ip) sur la sensibilisation locomotrice et sur le conditionnement place préférence. Nous avons pu observer que les souris WT, HET et KO exprimaient une sensibilisation locomotrice induite par une administration chronique de cocaïne, cependant les souris déficientes en hypocrétines démontraient une sensibilisation retardée et atténuée. Π est intéressant de mentionner que les mâles HET exprimaient une sensibilisation comportementale intermédiaire. Après normalisation des données, toutes les souris exprimaient une amplitude de sensibilisation similaire, excepté les souris mâles KO qui affichaient, le premier jour de traitement, une sensibilisation locomotrice réduite et retardée, reflétant un phénotype hypoactif plutôt qu'une altération de la réponse aux traitements chroniques de cocaïne. Contre toute attente, toutes les souris femelles exprimaient un pattern similaire de sensibilisation locomotrice à la cocaïne. Nous avons ensuite évalué l'effet d'un conditionnement comportemental à un environnement associé à des injections répétées de cocaine (15 mg / kg ip). Toutes les souris, quelque soit leur sexe ou leur génotype, ont manifesté une préférence marquée pour l'environnement apparié à la cocaïne. Après deux semaines d'abstinence à la cocaïne, les mâles et les femelles déficientes en hypocrétines n'exprimaient plus aucune préférence pour le compartiment précédemment associé à la cocaïne. Alors que les souris WT et HET maintenaient leur préférence pour le compartiment associé à la cocaïne. Pour finir, à l'aide d'un nouveau paradigme appelé IntelliCage®, nous avons pu évaluer la consommation de liquide chez les femelles WT, HET et KO. Lorsqu'il n'y avait que de l'eau disponible, nous avons observé que les femelles KO avaient tendance à moins explorer les quatre coins de la cage. Lorsque les souris étaient exposées à quatre types de solutions différentes (eau, ImM quinine ou 0.2% saccharine, alcool 8% et alcool 16%), les souris KO avaient tendance à moins consommer l'eau sucrée et les solutions alcoolisées. Cependant, après normalisation des données, aucune différence significative n'a pu être observée entre les différents génotypes, suggérant que la consommation réduite d'eau sucrée ou d'alcool peut être incombée à l'hypoactivité des souris KO.Ces résultats confirment que le comportement observé chez les souris KO serait dû à des compensations développementales, puisque la sensibilisation locomotrice et le conditionnement comportemental à la cocaïne étaient similaires aux souris HET et WT. En ce qui concerne la consommation de liquide, les souris KO avaient tendance à consommer moins d'eau sucrée et de solutions alcoolisées. Le phénotype hypoactif des souris déficientes en hypocrétine est probablement responsable de leur tendance à moins explorer leur environnement. Il reste encore à déterminer si l'expression de ce phénotype est la conséquence d'un état de vigilance amoindri ou d'une motivation diminuée à la recherche de récompense. Nos résultats suggèrent que les souris déficientes en hypocrétine affichent une motivation certaine à la recherche de récompense lorsqu'elles sont exposées à des environnements où peu d'efforts sont à fournir afin d'obtenir une récompense.AbstractDrug addiction is a multifactorial disorder affecting human beings regardless their education level, their economic status, their origin or even their gender, but the vulnerability to develop addiction depends on environmental, genetic and psychosocial dispositions. Drug addiction is defined as a chronic relapsing disorder characterized by compulsive drug seeking, with loss of control over drug intake and persistent maladaptive decision making in spite of adverse consequences. The brain mechanisms responsible for drug abuse remain partially unknown despite accumulating evidence delineating molecular and cellular adaptations within the glutamatergic and the dopaminergic systems. However, these adaptations do not fully explain the complex brain disease of drug addiction. The identification of other neurobiological factors responsible for the vulnerability to substance abuse is crucial for the development of promising therapeutic treatments able to alleviate signs of drug dependence.For the past few years, growing evidence demonstrated that a recently discovered brain circuit, the hypocretinergic system, is implicated in many physiological functions, including arousal, energy metabolism, motivation, stress and reward-related behaviors. The hypocretin system is composed of a few thousands neurons arising from the lateral hypothalamus and projecting to the entire brain. Hypocretin- deficient mice have been generated, and unexpectedly, their phenotype resembles that of wild type mice excepting sleep attacks strikingly similar to those of human narcolepsy patients. Evidence suggesting that hypocretins are required for the acquisition and the expression of drug addiction has also been reported; however the precise mechanism by which hypocretins modulate drug seeking behaviors remains a matter of debate. Here, we report alcohol and cocaine reward-related behaviors in hypocretin-deficient mice (KO), as well as heterozygous (HET) and wild type (WT) littermates.We first evaluated the impact of repeated cocaine injections (15 mg/kg, ip) on locomotor sensitization and conditioned place preference. We observed that WT, HET and KO mice exhibited behavioral sensitization following repeated cocaine administrations, but hypocretin deficient males displayed a delayed and attenuated response to chronic cocaine administrations. Interestingly, HET males exhibited an intermediate pattern of behavioral sensitization. However, after standardization of the post-injection data versus the period of habituation prior to cocaine injections, all mice displayed similar amplitudes of behavioral sensitization, except a reduced response in KO males on the first day, suggesting that the delayed and reduced cocaine-induced locomotor sensitization may reflect a hypoactive phenotype and probably not an altered response to repeated cocaine administrations. Unexpectedly, all female mice exhibited similar patterns of cocaine-induced behavioral sensitization. We then assessed the behavioral conditioning for an environment repeatedly paired with cocaine injections (15 mg/kg ip). All mice, whatever their gender or genotype, exhibited a robust preference for the environment previously paired with cocaine administrations. Noteworthy, following two weeks of cocaine abstinence, hypocretin-deficient males and females no longer exhibited any preference for the compartment previously paired with cocaine rewards whereas both WT and HET mice continued manifesting a robust preference. We finally assessed drinking behaviors in WT, HET and KO female mice using a novel paradigm, the IntelliCages®. We report here that KO females tended to less explore the four cage comers where water was easily available. When exposed to four different kinds of liquid solutions (water, ImM quinine or saccharine 0.2%, alcohol 8% and alcohol 16%), KO mice tended to less consume the sweet and the alcoholic beverages. However, after data standardization, no significant differences were noticed between genotypes suggesting that the hypoactive phenotype is most likely accountable for the trend regarding the reduced sweet or alcohol intake in KO.Taken together, the present findings confirm that the behavior seen in Hcrt KO mice likely reflects developmental compensations since only a slightly altered cocaine-induced behavioral sensitization and a normal behavioral conditioning with cocaine were observed in these mice compared to HET and WT littermates. With regards to drinking behaviors, KO mice barely displayed any behavioral changes but a trend for reducing sweet and alcoholic beverages. Overall, the most striking observation is the constant hypoactive phenotype seen in the hypocretin-deficient mice that most likely is accountable for their reduced tendency to explore the environment. Whether this hypoactive phenotype is due to a reduced alertness or reduced motivation for reward seeking remains debatable, but our findings suggest that the hypocretin-deficient mice barely display any altered motivation for reward seeking in environments where low efforts are required to access to a reward.

New bench test for venous cannula performance assessment.

Cannula design is of prime importance for venous drainage during cardiopulmonary bypass (CPB). To evaluate cannulas intended for CPB, an in vitro circuit was set up with silicone tubing between the test cannula encased in a movable preload reservoir and another static reservoir. The pressure-drop (DeltaP) value (P-drainage - P-preload) was measured using Millar pressure transducers. Flow rate (Q) was measured using an ultrasound flowmeter. Data display and data recording were controlled using a LabView application, custom made particularly for our experiments. Our results demonstrated that DeltaP, Q, and cannula resistance (DeltaP/Q) values were significantly decreased when the cannula diameter was increased for Smart and Medtronic cannulas. Smartcanula showed 36% and 43% less resistance compared to Medtronic venous and Medtronic femoral cannulas, respectively. The cannula shape (straight- or curved-tips) did not affect the DLP cannula resistance. Out of five cannulas tested, the Smartcanula outperforms the other commercially available cannulas. The mean (DeltaP/Q) values were 3.3 +/- 0.08, 4.07 +/- 0.08, 5.58 +/- 0.10, 5.74 +/- 0.15, and 6.45 +/- 0.15 for Smart, Medtronic, Edwards, Sarns, and Gambro cannulas, respectively (two-way ANOVA, p < 0.0001). In conclusion, the present assay allows discrimination between different forms of cannula with high or low lumen resistance.

Mécanismes physiopathologiques impliqués dans la dysfonction d'organes au cours du sepsis [Pathophysiological mechanisms of organ dysfunction in sepsis].

Sepsis is defined as the systemic inflammatory response to an infection. The occurrence of organ dysfunction increases the severity of sepsis. Complex interactions between multiple immunomodulating mediators and various cell populations, activated secondarily to the initial infectious insult, promote the development of organ dysfunction in sepsis. Although septic organ dysfunction has long been considered as the end result of chaotic, uncontrolled and deregulated inflammatory cascades, it might instead represent an adaptive response to avoid the occurrence of irreversible tissue damage and end-organ injury. In this article, we review the major mechanisms involved in organ dysfunction during sepsis, and also present the concept of organ dysfunction as an adaptive response to the septic process.

Muscle recovery after repair of short and long peripheral nerve gaps using fibrin conduits.

Peripheral nerve injuries with loss of nervous tissue are a significant clinical problem and are currently treated using autologous nerve transplants. To avoid the need for donor nerve, which results in additional morbidity such as loss of sensation and scarring, alternative bridging methods have been sought. Recently we showed that an artificial nerve conduit moulded from fibrin glue is biocompatible to nerve regeneration. In this present study, we have used the fibrin conduit or a nerve graft to bridge either a 10 mm or 20 mm sciatic nerve gap and analyzed the muscle recovery in adult rats after 16 weeks. The gastrocnemius muscle weights of the operated side were similar for both gap sizes when treated with nerve graft. In contrast, muscle weight was 48.32 ± 4.96% of the contra-lateral side for the 10 mm gap repaired with fibrin conduit but only 25.20 ± 2.50% for the 20 mm gap repaired with fibrin conduit. The morphology of the muscles in the nerve graft groups showed an intact, ordered structure, with the muscle fibers grouped in fascicles whereas the 20 mm nerve gap fibrin group had a more chaotic appearance. The mean area and diameter of fast type fibers in the 20 mm gap repaired with fibrin conduits were significantly (P<0.01) worse than those of the corresponding 10 mm gap group. In contrast, both gap sizes treated with nerve graft showed similar fiber size. Furthermore, the 10 mm gaps repaired with either nerve graft or fibrin conduit showed similar muscle fiber size. These results indicate that the fibrin conduit can effectively treat short nerve gaps but further modification such as the inclusion of regenerative cells may be required to attain the outcomes of nerve graft for long gaps.

Evoked axonal oxytocin release in the central amygdala attenuates fear response.

The hypothalamic neuropeptide oxytocin (OT), which controls childbirth and lactation, receives increasing attention for its effects on social behaviors, but how it reaches central brain regions is still unclear. Here we gained by recombinant viruses selective genetic access to hypothalamic OT neurons to study their connectivity and control their activity by optogenetic means. We found axons of hypothalamic OT neurons in the majority of forebrain regions, including the central amygdala (CeA), a structure critically involved in OT-mediated fear suppression. In vitro, exposure to blue light of channelrhodopsin-2-expressing OT axons activated a local GABAergic circuit that inhibited neurons in the output region of the CeA. Remarkably, in vivo, local blue-light-induced endogenous OT release robustly decreased freezing responses in fear-conditioned rats. Our results thus show widespread central projections of hypothalamic OT neurons and demonstrate that OT release from local axonal endings can specifically control region-associated behaviors.

Assessment of total energy expenditure in free-living patients with cystic fibrosis.

The increase in resting energy expenditure (REE) reported in patients with cystic fibrosis (CF) does not necessarily imply an increase in total energy expenditure (TEE). In this study REE was assessed with open-circuit indirect calorimetry, and free-living 24-hour TEE with the heart rate method. Thirteen patients with CF, aged 8 to 24 years, with adequate nutritional status and moderately decreased pulmonary function, were studied. They were compared with 13 healthy control subjects matched for gender, age, height, and nutritional status. Resting energy expenditure was higher in patients with CF (1512 +/- 88 kcal/day) than in control subjects (1339 +/- 76 kcal/day; p less than 0.01), whereas free-living 24-hour TEE (2345 +/- 127 kcal/day and 2358 +/- 256 kcal/day, respectively) and net mechanical work efficiency of walking on a treadmill (20.4 +/- 0.7% and 19.8 +/- 0.6%, respectively) were similar. Respiratory quotient was higher in patients with CF than in control subjects at rest (0.834 +/- 0.009 vs 0.797 +/- 0.008; p less than 0.05), and tended to remain so during physical exercise, indicating a higher contribution of carbohydrate oxidation to energy expenditure. We conclude that in free living conditions, patients with CF can compensate for their increase in REE by a reduction in spontaneous physical activities or other yet undefined mechanisms.

Performance of an ICU ventilator and two turbin-based ventilators dedicated to non invasive ventilation (NIV) in simulated high inspiratory effort and rate: a NIV-bench-study.

INTRODUCTION. The role of turbine-based NIV ventilators (TBV) versus ICU ventilators with NIV mode activated (ICUV) to deliver NIV in case of severe respiratory failure remains debated. OBJECTIVES. To compare the response time and pressurization capacity of TBV and ICUV during simulated NIV with normal and increased respiratory demand, in condition of normal and obstructive respiratory mechanics. METHODS. In a two-chamber lung model, a ventilator simulated normal (P0.1 = 2 mbar, respiratory rate RR = 15/min) or increased (P0.1 = 6 mbar, RR = 25/min) respiratory demand. NIV was simulated by connecting the lung model (compliance 100 ml/mbar; resistance 5 or 20 l/mbar) to a dummy head equipped with a naso-buccal mask. Connections allowed intentional leaks (29 ± 5 % of insufflated volume). Ventilators to test: Servo-i (Maquet), V60 and Vision (Philips Respironics) were connected via a standard circuit to the mask. Applied pressure support levels (PSL) were 7 mbar for normal and 14 mbar for increased demand. Airway pressure and flow were measured in the ventilator circuit and in the simulated airway. Ventilator performance was assessed by determining trigger delay (Td, ms), pressure time product at 300 ms (PTP300, mbar s) and inspiratory tidal volume (VT, ml) and compared by three-way ANOVA for the effect of inspiratory effort, resistance and the ventilator. Differences between ventilators for each condition were tested by oneway ANOVA and contrast (JMP 8.0.1, p\0.05). RESULTS. Inspiratory demand and resistance had a significant effect throughout all comparisons. Ventilator data figure in Table 1 (normal demand) and 2 (increased demand): (a) different from Servo-i, (b) different from V60.CONCLUSION. In this NIV bench study, with leaks, trigger delay was shorter for TBV with normal respiratory demand. By contrast, it was shorter for ICUV when respiratory demand was high. ICUV afforded better pressurization (PTP 300) with increased demand and PSL, particularly with increased resistance. TBV provided a higher inspiratory VT (i.e., downstream from the leaks) with normal demand, and a significantly (although minimally) lower VT with increased demand and PSL.

Biophysical characterization of the interaction of endotoxins with hemoglobins.

Bacterial endotoxin (lipopolysaccharide, LPS) is the major component of the outer leaflet of the outer membrane in gram-negative bacteria. During severe infections, bacteria may reach the blood circuit of humans, and endotoxins may be released from the bacteria due to cell division or cell death. In particular enterobacterial forms of LPS represent extremely strong activator molecules of the human immune system causing a rapid induction of cytokine production in monocytes and macrophages. Various mammalian blood proteins have been documented to display LPS binding activities mediating normally decreasing effects in the biological activity of LPS. In more recent studies, the essential systemic oxygen transportation protein hemoglobin (Hb) has been shown to amplify LPS-induced cytokine production on immune cells. The mechanism responsible for this effect is poorly understood. Here, we characterize the interaction of hemoglobin with LPS by using biophysical methods. The data presented, revealing the changes of the type and size of supramolecular aggregates of LPS in the presence of Hb, allow a better understanding of the hemoglobin-induced increase in bioactivity of LPS.

Vasopressin-stimulated CFTR Cl- currents are increased in the renal collecting duct cells of a mouse model of Liddle's syndrome.

Liddle's syndrome is a genetic form of hypertension linked to Na(+) retention caused by activating mutations in the COOH terminus of the beta or gamma subunit of the epithelial sodium channel (ENaC). In this study, we used the short-circuit current (I(sc)) method to investigate the effects of deamino-8-d-arginine vasopressin (dDAVP) on Na(+) and Cl(-) fluxes in primary cultures of cortical collecting ducts (CCDs) microdissected from the kidneys of mice with Liddle's syndrome carrying a stop codon mutation, corresponding to the beta-ENaC R(566) stop mutation (L) found in the original pedigree. Compared to wild-type (+/+) CCD cells, untreated L/+ and L/L CCD cells exhibited 2.7- and 4.2-fold increases, respectively, in amiloride-sensitive (Ams) I(sc), reflecting ENaC-dependent Na(+) absorption. Short-term incubation with dDAVP caused a rapid and significant increase (approximately 2-fold) in Ams I(sc) in +/+, but not in L/+ or L/L CCD cells. In sharp contrast, dDAVP induced a greater increase in 5-nitro-2-(3-phenylpropamino)benzoate (NPPB)-inhibited apical Cl(-) currents in amiloride-treated L/L and L/+ cells than in their +/+ counterparts. I(sc) recordings performed under apical ion substituted conditions revealed that the dDAVP-stimulated apical secretion of Cl(-), which was absent in cultured CCDs lacking CFTR, was 1.8-fold greater in L/+ and 3.7-fold greater in L/L CCD cells than in their +/+ CCD counterparts. After the basal membrane had been permeabilized with nystatin and a basal-to-apical Cl(-) gradient had been imposed, dDAVP also stimulated larger Cl(-) currents across L/L and L/+ CCD layers than +/+ CCD layers. These findings demonstrate that vasopressin stimulates greater apical CFTR Cl(-) conductance in the renal CCD cells of mice with Liddle's syndrome than in wild-type mice. This effect could contribute to the enhanced NaCl reabsorption observed in the distal nephron of patients with Liddle's syndrome.

Long-term measurements of energy expenditure in humans using a respiration chamber.

There is a need to measure energy expenditure in man for a period of 24 h or even several days. The respiration chamber offers a unique opportunity to reach this goal. It allows the study of energy and nutrient balance; from the latter, acute changes in body composition can be obtained. The respiration chamber built in Lausanne is an air-tight room (5 m long, 2.5 m wide, and 2.5 m high) which forms an open circuit ventilated indirect calorimeter. The physical activity of the subject inside the chamber is continuously measured using a radar system based on the Doppler effect. Energy expenditure of obese and lean women was continuously measured over 24 h and diet-induced thermogenesis was assessed by using an approach which allows one to subtract the energy expended for physical activity from the total energy expenditure. Expressed in absolute terms, total energy expenditure was more elevated in the obese than in the lean controls. Basal metabolic rate was also higher in the obese than in the controls, but diet-induced thermogenesis was found to be blunted in the obese. In a second study, the effect of changing the carbohydrate/lipid content of the diet on fuel utilization was assessed in young healthy subjects with the respiration chamber. After a 7-day adaptation to a high-carbohydrate low-fat diet, the fuel mixture oxidized matched the change in nutrient intake. A last example of the use of the respiration chamber is the thermogenic response and changes in body composition due to a 7-day overfeeding of carbohydrate. Diet-induced thermogenesis was found to be 27%; on the last day of overfeeding, carbohydrate balance was reached by oxidation of 50% of the carbohydrate intake, the remaining 50% being converted into lipid.