Effects of four-week high-fructose diet on gene expression in skeletal muscle of healthy men.

AIMS: A high-fructose diet (HFrD) may play a role in the obesity and metabolic disorders epidemic. In rodents, HFrD leads to insulin resistance and ectopic lipid deposition. In healthy humans, a four-week HFrD alters lipid homoeostasis, but does not affect insulin sensitivity or intramyocellular lipids (IMCL). The aim of this study was to investigate whether fructose may induce early molecular changes in skeletal muscle prior to the development of whole-body insulin resistance. METHODS: Muscle biopsies were taken from five healthy men who had participated in a previous four-week HFrD study, during which insulin sensitivity (hyperinsulinaemic euglycaemic clamp), and intrahepatocellular lipids and IMCL were assessed before and after HFrD. The mRNA concentrations of 16 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified before and after HFrD by real-time quantitative PCR. RESULTS: HFrD significantly (P<0.05) increased stearoyl-CoA desaturase-1 (SCD-1) (+50%). Glucose transporter-4 (GLUT-4) decreased by 27% and acetyl-CoA carboxylase-2 decreased by 48%. A trend toward decreased peroxisomal proliferator-activated receptor-gamma coactivator-1alpha (PGC-1alpha) was observed (-26%, P=0.06). All other genes showed no significant changes. CONCLUSION: HFrD led to alterations of SCD-1, GLUT-4 and PGC-1alpha, which may be early markers of insulin resistance.

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This chapter explores the progress and various approaches toward identifying genes important for an understanding of sleep and sleep-related traits in rodents. Until the functions of sleep are more clearly defined, it may be difficult to uncover the core genetic basis for sleep and the core molecular events that underlie this fundamental behavior in most, if not all, animal species. However, similar to other areas of medicine, an understanding of the underlying genetics will become increasingly important in sleep medicine. At this time, rodents represent the best animal models for such studies, especially the many genetically modified mouse lines that have been created and the mouse strains that form important genetic reference populations for a wide range of biomedical research. Given the similarities in physiology and genetics across eutherian mammals, it is likely that genes influencing sleep ...

Neuroendocrine characterization and anorexigenic effects of telmisartan in diet- and glitazone-induced weight gain.

Telmisartan is an angiotensin II receptor blocker with peroxisome proliferator-activated receptor-gamma agonistic properties. Telmisartan prevents weight gain and decreases food intake in models of obesity and in glitazone-treated rodents. This study further investigates the influence of telmisartan and pioglitazone and their association on weight gain and body composition by examining their influence on neuroendocrine mediators involved in food intake. Male C57/Black 6 mice were fed a high-fat diet, weight matched, and randomized in 4 treatment groups: vehicle, pioglitazone, telmisartan, and pioglitazone-telmisartan. Weight gain, food and water intake, body composition, plasma leptin levels, and the hypothalamic expression of neuroendocrine mediators were analyzed. Additional studies were performed with irbesartan and in angiotensin II 1(A) receptor-knockout mice. Telmisartan abolished weight and fat gain in vehicle- and pioglitazone-treated mice while decreasing food intake, the hypothalamic expression of the agouti-related protein, and plasma leptin levels. Modifications in neuropeptide Y and proopiomelanocortin were not consistent with changes in food intake. The effects on weight gain and expression of the agouti-related protein were intermediate with irbesartan. The effects of telmisartan on weight gain were even more pronounced in angiotensin II 1(A) receptor-knockout mice. This study confirms the anorexigenic effects of telmisartan in mice fed a high-fat diet and suggests for the first time a functional role of telmisartan on hypothalamic orexigenic agouti-related protein regulation. These anorexigenic properties abolish both weight gain and body composition modifications in fat-fed and glitazone-treated mice. The anorexigenic properties are independent from the angiotensin II 1(A) receptor.

The serine repeat antigen (SERA) gene family phylogeny in Plasmodium: the impact of GC content and reconciliation of gene and species trees.

Plasmodium falciparum is the parasite responsible for the most acute form of malaria in humans. Recently, the serine repeat antigen (SERA) in P. falciparum has attracted attention as a potential vaccine and drug target, and it has been shown to be a member of a large gene family. To clarify the relationships among the numerous P. falciparum SERAs and to identify orthologs to SERA5 and SERA6 in Plasmodium species affecting rodents, gene trees were inferred from nucleotide and amino acid sequence data for 33 putative SERA homologs in seven different species. (A distance method for nucleotide sequences that is specifically designed to accommodate differing GC content yielded results that were largely compatible with the amino acid tree. Standard-distance and maximum-likelihood methods for nucleotide sequences, on the other hand, yielded gene trees that differed in important respects.) To infer the pattern of duplication, speciation, and gene loss events in the SERA gene family history, the resulting gene trees were then "reconciled" with two competing Plasmodium species tree topologies that have been identified by previous phylogenetic studies. Parsimony of reconciliation was used as a criterion for selecting a gene tree/species tree pair and provided (1) support for one of the two species trees and for the core topology of the amino acid-derived gene tree, (2) a basis for critiquing fine detail in a poorly resolved region of the gene tree, (3) a set of predicted "missing genes" in some species, (4) clarification of the relationship among the P. falciparum SERA, and (5) some information about SERA5 and SERA6 orthologs in the rodent malaria parasites. Parsimony of reconciliation and a second criterion--implied mutational pattern at two key active sites in the SERA proteins-were also seen to be useful supplements to standard "bootstrap" analysis for inferred topologies.

MOLECULAR REORGANIZATION FOLLOWING SENSORY STIMULATION IN THE ADULT MOUSE BARREL CORTEX

Sensory information is an important factor in shaping neuronal circuits during development and adulthood. In the barrel cortex of adult rodents, cells from layer IV are able to adapt their functional state to an increased flow of sensory information from the mystacial whisker follicles. Previous studies in our group have shown that whisker stimulation induces the formation of inhibitory synapses in the corresponding barrel (Knott et al., 2002) and decreases neuronal responses toward the deflection of the stimulated whisker (Quairiaux et al., 2007). Together these observations have turned the barrel cortex into a model to study homeostatic plasticity. At the cellular level, neuronal activity triggers intracellular signaling cascades leading to a transcriptional response. To further characterize the molecular pathways involved in the synaptic changes after whisker stimulation in the adult mouse, a previous doctoral student in our group performed a microarray analysis on laser-dissected barrels in sections through layer IV. This study identified the regulation (up and down) of a series of genes in the stimulated barrels (thesis of Johnston-Wenger, 2010). We here focused on ten genes that presented the highest fold change according to the microarray analysis. Out of these genes, 7 are known as neuronal activity-dependent genes (Tnncl, Nptx2, Sorcs3, Ptgs2, Nr4a2, Npas4 and Adcyapl) whereas three have so far not been related to neuronal plasticity (Scn7a, Pcdhl5 and Cede3). The study aimed at confirming the results of the microarray analysis and localizing molecular modifications in the stimulated barrel column at the cellular level. In situ hybridization for Pcdhl5 after different periods of whisker stimulation (3, 6, 9, 15, 24 hrs) allowed us to confirm that the 1.25 fold change used for the microarray analysis is an appropriate threshold for considering a regulation significant after sensory-stimulation. Moreover, we confirmed with in situ hybridization a significant upregulation of the genes of interest in the stimulated barrels. In situ hybridization and immunohistochemistry allowed us to observe the distribution of the genes of interest and the corresponding protein products at the cellular level. Three observations were made: 1) alterations of the expression was restricted to the stimulated barrels for all genes tested; 2) within a barrel column not all cells responded to whisker stimulation with an altered gene expression; 3) in the stimulated barrels, two different patterns of mRNA and protein expression can be distinguished. We hypothesize that this segregation of the activity-induced gene expression reflects the segregation of the two principal thalamocortical pathways conveying the sensory information to the barrel cortex. Moreover, only neurons reaching the critical threshold will modify their gene expression program resulting in structural as well as physiological modifications that prevent the subsequent propagation of the excess of excitation to the postsynaptic targets. The activity-induced gene expression is therefore adapted in a cell-type-specific manner to induce a homeostatic response to the entire neuronal network involved in the integration of the sensory information. This to our knowledge the first study showing the distinct, but complementary contribution of the two thalamocortical pathways in experience-dependent plasticity in the adult mouse barrel cortex. -- L'information sensorielle nous permet de continuellement façonner nos circuits neuronaux autant durant le développement qu'à l'âge adulte. Chez le rongeur l'information sensorielle perçue par les vibrisses est intégrée au niveau du cortex somatosensoriel primaire (appelé en anglais « barrel cortex ») dont les cellules de la couche IV sont capables d'adapter leur état fonctionnel en réponse à une augmentation d'activité neuronale. Ce modèle expérimental a permis à notre groupe de recherche d'observer des changements rapides du circuit neuronal en fonction de l'activité sensorielle. En effet, la stimulation continue d'une vibrisse d'une souris adulte pendant 24 heures induit non seulement un remaniement synaptique (Knott et al., 2002), mais également des changements physiologiques au niveau des neurones du tonneau correspondant (Quairiaux et al., 2007). Ces observations nous permettent d'affirmer que le « barrel cortex » est un modèle approprié pour y étudier la plasticité synaptique. Au niveau cellulaire, l'activité neuronale déclenche des cascades de signalisation intracellulaire résultant en une réponse transcriptionnelle. Afin de caractériser les voies moléculaires impliquées dans la plasticité synaptique, une puce à ARN nous a permis de comparer l'expression de gènes entre un tonneau correspondant à une vibrisse stimulée et un tonneau d'une vibrisse non-stimulée (Nathalie). Cette analyse a révélé un certain nombre de gènes régulés de manière positive ou négative par l'augmentation de l'activité neuronale. Nous nous sommes concentrés sur 10 gènes dont l'expression est fortement régulée. L'expression de sept d'entre eux a déjà été démontrée comme dépendante de l'activité neuronale (Tnncl, Nptx2, Sorcs3, Ptgs2, Nr4a2, Npas4 otAdcyapl) alors que l'expression des trois autres (Scn7a, Pcdhl5 et Cedei) n'a pour le moment pas encore été liée à la plasticité neuronale. Le but de cette thèse est de confirmer les résultats de la puce à ARN et de déterminer dans quel type cellulaire ces gènes sont exprimés. L'hybridation in situ pour le gène Pcdhl5, après différentes périodes de stimulation des vibrisses (3, 6, 9, 15 et 24 heures), nous a permis de confirmer que le seuil de 1.25x utilisé dans l'analyse de la puce à ARN est approprié pour considérer qu'un gène est régulé de manière significative par la stimulation sensorielle. Nous avons également pu confirmer à l'aide de cette technique que la stimulation sensorielle augmente significativement l'expression de ces dix gènes. L'expression de ces gènes au niveau cellulaire a été observée à l'aide des techniques d'hybridation in situ et d'immunohistochimie. Trois observations ont été faites : 1) la régulation de ces gènes est restreinte aux tonneaux correspondants aux vibrisses stimulées ; 2) au niveau d'une colonne corticale correspondant aux vibrisses stimulées, seules certaines cellules présentent une altération de leur expression génique ; 3) au niveau des tonneaux stimulés, deux profils d'expression d'ARNm et de protéines sont observés. Notre hypothèse est que cette distribution pourrait correspondre à la terminaison ségrégée des deux voies thalamocortical qui amènent l'information sensorielle dans le cortex cérébral. De plus, seul les neurones atteignant le seuil critique d'activation modifient leur expression génique en réponse à la stimulation sensorielle. Ces changements d'expression géniques vont permettre à la cellule de modifier ses propriétés structurales et physiologiques de manière a prevenir la propagation d'un excès d'activité neuronale au niveau de ses cibles postsynaptics. L'activité neuronale agit donc spécifiquement sur certains types cellulaires de maniere a induire une réponse homéostatique au niveau du réseau neuronal impliqué dans l'integration de l'information sensorielle. Nos travaux démontrent pour une première fois que les deux voies sensorielles contribuent d'une manière distincte et complémentaire à la plasticité corticale induite par un changement de l'activité sensorielle chez la souris adulte.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Mise en oeuvre de protocoles spatiaux pour analyser la modulation de processus cognitifs en fonction de la dimension émotionnelle chez le rongeur

Résumé : Emotion et cognition sont deux termes généralement employés pour désigner des processus psychiques de nature opposée. C'est ainsi que les sciences cognitives se sont longtemps efforcées d'écarter la composante «chaude »des processus «froids »qu'elles visaient, si ce n'est pour montrer l'effet dévastateur de la première sur les seconds. Pourtant, les processus cognitifs (de collecte, maintien et utilisation d'information) et émotioAnels (d'activation subjective, physiologique et comportementale face à ce qui est attractif ou aversif) sont indissociables. Par l'approche neuro-éthologique, à l'interface entre le substrat biologique et les manifestations comportementales, nous nous sommes intéressés à une fonction cognitive essentielle, la fonction mnésique, classiquement exprimée chez le rongeur par l'orientation spatiale. Au niveau du substrat, McDonald et White (1993) ont montré la dissociation de trois systèmes de mémoire, avec les rôles de l'hippocampe, du néostriatum et de l'amygdale dans l'encodage des informations respectivement épisodiques, procédurales et émotionnelles. Nous nous sommes penchés sur l'interaction entre ces systèmes en fonction de la dimension émotionnelle par l'éclairage du comportement. L'état émotionnel de l'animal dépend de plusieurs facteurs, que nous avons tenté de contrôler indirectement en comparant leurs effets sur l'acquisition, dans diverses conditions, de la tâche de Morris (qui nécessite la localisation dans un bassin de la position d'une plate-forme submergée), ainsi que sur le style d'exploration de diverses arènes, ouvertes ou fermées, plus ou moins structurées par la présence de tunnels en plexiglas transparent. Nous avons d'abord exploré le rôle d'un composant du système adrénergique dans le rapport à la difficulté et au stress, à l'aide de souris knock-out pour le récepteur à la noradrénaline a-1 B dans un protocole avec 1 ou 4 points de départ dans un bassin partitionné. Ensuite, nous nous sommes penchés, chez le rat, sur les effets de renforcement intermittent dans différentes conditions expérimentales. Dans ces conditions, nous avons également tenté d'analyser en quoi la situation du but dans un paysage donné pouvait interférer avec les effets de certaines formes de stress. Finalement, nous avons interrogé les conséquences de perturbations passées, y compris le renforcement partiel, sur l'organisation des déplacements sur sol sec. Nos résultats montrent la nécessité, pour les souris cont~ô/es dont l'orientation repose sur l'hippocampe, de pouvoir varier les trajectoires, ce qui favoriserait la constitution d'une carte cognitive. Les souris a->B KO s'avèrent plus sensibles au stress et capables de bénéficier de la condition de route qui permet des réponses simples et automatisées, sous-tendues par l'activité du striatum. Chez les rats en bassin 100% renforcé, l'orientation apparaît basée sur l'hippocampe, relayée par le striatum pour le développement d'approches systématiques et rapides, avec réorientation efficace en nouvelle position par réactivation dépendant de l'hippocampe. A 50% de renforcement, on observe un effet du type de déroulement des sessions, transitoirement atténué par la motivation Lorsque les essais s'enchaînent sans pause intrasession, les latences diminuent régulièrement, ce qui suggère une prise en charge possible par des routines S-R dépendant du striatum. L'organisation des mouvements exploratoires apparaît dépendante du niveau d'insécurité, avec différents profils intermédiaires entre la différentiation maximale et la thigmotaxie, qui peuvent être mis en relation avec différents niveaux d'efficacité de l'hippocampe. Ainsi, notre travail encourage à la prise en compte de la dimension émotionnelle comme modulatrice du traitement d'information, tant en phase d'exploration de l'environnement que d'exploitation des connaissances spatiales. Abstract : Emotion and cognition are terms widely used to refer to opposite mental processes. Hence, cognitive science research has for a long time pushed "hot" components away from "cool" targeted processes, except for assessing devastating effects of the former upon the latter. However, cognitive processes (of information collection, preservation, and utilization) and emotional processes (of subjective, physiological, and behavioral activation roue to attraction or aversion) are inseparable. At the crossing between biological substrate and behavioral expression, we studied a chief cognitive function, memory, classically shown in animals through spatial orientation. At the substrate level, McDonald et White (1993) have shown a dissociation between three memory systems, with the hippocampus, neostriatum, and amygdala, encoding respectively episodic, habit, and emotional information. Through the behavior of laboratory rodents, we targeted the interaction between those systems and the emotional axis. The emotional state of an animal depends on different factors, that we tried to check in a roundabout way by the comparison of their effects on acquisition, in a variety of conditions, of the Morris task (in which the location of a hidden platform in a pool is required), as well as on the exploration profile in different apparatus, open-field and closed mazes, more or less organized by clear Plexiglas tunnels. We first tracked the role, under more or less difficult and stressful conditions, of an adrenergic component, with knock-out mice for the a-1 B receptor in a partitioned water maze with 1 or 4 start positions. With rats, we looked for the consequences of partial reinforcement in the water maze in different experimental conditions. In those conditions, we further analyzed how the situation of the goal in the landscape could interfere with the effect of a given stress. At last, we conducted experiments on solid ground, in an open-field and in radial mazes, in order to analyze the organization of spatial behavior following an aversive life event, such as partial reinforcement training in the water maze. Our results emphasize the reliance of normal mice to be able to vary approach trajectories. One of our leading hypotheses is that such strategies are hippocampus-dependent and are best developed for of a "cognitive map like" representation. Alpha-1 B KO mice appear more sensitive to stress and able to take advantage of the route condition allowing simple and automated responses, most likely striatum based. With rats in 100% reinforced water maze, the orientation strategy is predominantly hippocampus dependent (as illustrated by the impairment induced by lesions of this structure) and becomes progressively striatum dependent for the development of systematic and fast successful approaches. Training towards a new platform position requires a hippocampus based strategy. With a 50% reinforcement rate, we found a clear impairment related to intersession disruption, an effect transitorily minimized by motivation enhancement (cold water). When trials are given without intrasession interruption, latencies consistently diminish, suggesting a possibility for striatum dependent stimulus-response routine to occur. The organization of exploratory movements is shown to depend on the level of subjective security, with different intermediary profiles between maximum differentiation and thigmotaxy, which can be considered in parallel with different efficiency levels of the hippocampus dependent strategies. Thus, our work fosters the consideration of emotion as a cognitive treatment modulator, during spatial exploration as well as spatial learning. It leads to a model in which the predominance of hippocampus based exploration is challenged by training conditions of various nature.

Species differences in the response of liver drug-metabolizing enzymes to (S)-4-O-tolylsulfanyl-2-(4-trifluormethyl-phenoxy)-butyric acid (EMD 392949) in vivo and in vitro.

Induction of drug-metabolizing enzymes (DMEs) is highly species-specific and can lead to drug-drug interaction and toxicities. In this series of studies we tested the species specificity of the antidiabetic drug development candidate and mixed peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) alpha/gamma agonist (S)-4-O-tolylsulfanyl-2-(4-trifluormethyl-phenoxy)-butyric acid (EMD 392949, EMD) with regard to the induction of gene expression and activities of DMEs, their regulators, and typical PPAR target genes. EMD clearly induced PPARalpha target genes in rats in vivo and in rat hepatocytes but lacked significant induction of DMEs, except for cytochrome P450 (P450) 4A. CYP2C and CYP3A were consistently induced in livers of EMD-treated monkeys. Interestingly, classic rodent peroxisomal proliferation markers were induced in monkeys after 17 weeks but not after a 4-week treatment, a fact also observed in human hepatocytes after 72 h but not 24 h of EMD treatment. In human hepatocyte cultures, EMD showed similar gene expression profiles and induction of P450 activities as in monkeys, indicating that the monkey is predictive for human P450 induction by EMD. In addition, EMD induced a similar gene expression pattern as the PPARalpha agonist fenofibrate in primary rat and human hepatocyte cultures. In conclusion, these data showed an excellent correlation of in vivo data on DME gene expression and activity levels with results generated in hepatocyte monolayer cultures, enabling a solid estimation of human P450 induction. This study also clearly highlighted major differences between primates and rodents in the regulation of major inducible P450s, with evidence of CYP3A and CYP2C inducibility by PPARalpha agonists in monkeys and humans.

Hypomorphic mutation in the site-1 protease Mbtps1 endows resistance to persistent viral infection in a cell-specific manner.

The prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV), which naturally persists in rodents, represents a model for HIV, HBV, and HCV. Cleavage of the viral glycoprotein precursor by membrane-bound transcription factor peptidase, site 1 (Mbtps1 or site-1 protease), is crucial for the life cycle of arenaviruses and therefore represents a potential target for therapy. Recently, we reported a viable hypomorphic allele of Mbtps1 (woodrat) encoding a protease with diminished enzymatic activity. Using the woodrat allele, we examine the role of Mbtps1 during persistent LCMV infection. Surprisingly, Mbtps1 inhibition limits persistent but not acute viral infection and is associated with an organ/cell type-specific decrease in viral titers. Analysis of bone marrow-derived dendritic cells from woodrat mice supports their specific role in resolving persistent viral infection. These results support in vivo targeting of Mbtps1 in the treatment of arenavirus infections and demonstrate a critical role for dendritic cells in persistent viral infections.

MicroRNAs contribute to compensatory β cell expansion during pregnancy and obesity.

Pregnancy and obesity are frequently associated with diminished insulin sensitivity, which is normally compensated for by an expansion of the functional β cell mass that prevents chronic hyperglycemia and development of diabetes mellitus. The molecular basis underlying compensatory β cell mass expansion is largely unknown. We found in rodents that β cell mass expansion during pregnancy and obesity is associated with changes in the expression of several islet microRNAs, including miR-338-3p. In isolated pancreatic islets, we recapitulated the decreased miR-338-3p level observed in gestation and obesity by activating the G protein-coupled estrogen receptor GPR30 and the glucagon-like peptide 1 (GLP1) receptor. Blockade of miR-338-3p in β cells using specific anti-miR molecules mimicked gene expression changes occurring during β cell mass expansion and resulted in increased proliferation and improved survival both in vitro and in vivo. These findings point to a major role for miR-338-3p in compensatory β cell mass expansion occurring under different insulin resistance states.

Efficacy of iclaprim against wild-type and thymidine kinase-deficient methicillin-resistant Staphylococcus aureus isolates in an in vitro fibrin clot model.

Iclaprim is a novel diaminopyrimidine antibiotic that is active against methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA). However, it is known that the activity of diaminopyrimidines against S. aureus is antagonized by thymidine through uptake and conversion to thymidylate by thymidine kinase. Unlike with humans, for whom thymidine levels are low, thymidine levels in rodents are high, thus precluding the accurate evaluation of iclaprim efficacy in animal models. We have studied the bactericidal activity of iclaprim against an isogenic pair of MRSA isolates, the wild-type parent AW6 and its thymidine kinase-deficient mutant AH1252, in an in vitro fibrin clot model. Clots, which were aimed at mimicking vegetation structure, were made from human or rat plasma containing either the parent AW6 or the mutant AH1252, and they were exposed to homologous serum supplemented with iclaprim (3.5 microg/ml), trimethoprim-sulfamethoxazole (TMP-SMX; 8/40 microg/ml), vancomycin (40 microg/ml), or saline, each of which was added one time for 48 h. In rat clots, iclaprim and TMP-SMX were bacteriostatic against the parent, AW6. In contrast, they were bactericidal (> or = 3 log10 CFU/clot killing of the original inoculum) against the mutant AH1252. Vancomycin was the most active drug against AW6 (P < 0.05), but it showed an activity similar those of iclaprim and TMP-SMX against AH1252. In human clots, iclaprim was bactericidal against both AW6 and AH1252 strains and was as effective as TMP-SMX and vancomycin (P > 0.05). Future studies of animals using simulated human kinetics of iclaprim and thymidine kinase-deficient MRSA, which eliminate the thymidine-induced confounding effect, are warranted to support the use of iclaprim in the treatment of severe MRSA infections in humans.

The neurobiological basis of prefrontal cortex impairment in the phencyclidine model of schizophrenia : convergent reduction of synaptic glutamate release, energy metabolism and cognitive performance

RÉSUMÉ : Le traitement répété à la phencyclidine (PCP), un bloqueur du récepteur NMDA (NMDAR), reproduit chez les rongeurs une partie de la symptomatologie typique de la schizophrénie. Le blocage prolongé du NMDAR par la PCP mime une hypofunction du NMDAR, une des principales altérations supposées exister dans les cerveaux des patients schizophréniques. Le but de notre étude était d'examiner les conséquences neurochimiques, métaboliques et fonctionnelles du traitement répété à la phencyclidine in vivo, au niveau du cortex préfrontal (cpf), une région cérébrale qui joue un rôle dans les déficits cognitifs observés chez les patients schizophréniques. Pour répondre à cette question, les rats ou les souris ont reçu chaque jour une injection soit de PCP (5 mg/kg), soit de solution saline, pendant 7 ou 14 jours. Les animaux ont ensuite été sacrifiés au moins 24 heures après le dernier traitement. Des tranches aiguës du cpf ont été préparées rapidement, puis stimulées avec une concentration élevée de KCI, de manière à induire une libération de glutamate à partir des terminaisons synaptiques excitatrices. Les résultats montrent que les tranches du cpf des animaux traités à la PCP ont libéré une quantité de glutamate significativement inférieure par rapport à celles des animaux contrôle. Ce déficit de libération a persisté 72 heures après la fin du traitement, tandis qu'il n'était pas observé dans le cortex visuel primaire, une autre région corticale. En outre, le traitement avec des antipsychotiques, l'halopéridol ou l'olanzapine, a supprimé le déficit induit par la PCP. Le même déficit de libération a été remarqué sur des synaptosomes obtenus à partir du cpf des animaux traités à la phenryclidine. Cette observation indique que la PCP induit une modification plastique adaptative du mécanisme qui contrôle la libération du glutamate dans les terminaisons synaptiques. Nous avons découvert que cette modification implique la sous-régulation d'un NMDAR présynaptique, qui serait doué d'un rôle d'autorécepteur stimulateur de la libération du glutamate. Grâce à des tests comportementaux conduits en parallèle et réalisés pour évaluer la fonctionnalité du cpf, nous avons observé chez les souris traitées à la PCP une flexibilité comportementale réduite lors d'un test de discrimination de stimuli visuels/tactiles. Le déficit cognitif était encore présent 4 jours après la dernière administration de PCP. La technique de l'autoradiographie quantitative du [14C]2-deoxyglucose a permis d'associer ce déficit à une réduction de l'activité métabolique cérébrale pendant le déroulement du test, particulièrement au niveau du cpf. Dans l'ensemble, nos résultats suggèrent que le blocage prolongé du NMDAR lors de l'administration répétée de PCP produit un déficit de libération du glutamate au niveau des terminaisons synaptiques excitatrices du cpf. Un tel déficit pourrait être provoqué par la sousrégulation d'un NMDAR présynaptique, qui aurait une fonction de stimulateur de libération; la transmission excitatrice du cpf s'en trouverait dans ce cas réduite. Ce résultat est en ligne avec l'activité métabolique et fonctionnelle réduite du cpf et l'observation de déficits cognitifs induits lors de l'administration de la PCP. ABSTRACT : Sub-chronic treatment with phencyclidine (PCP), an NMDA receptor (NMDAR) channel blocker, reproduces in rodents part of the symptomatology associated to schizophrenia in humans. Prolonged pharmacological blockade of NMDAR with PCP mimics NMDAR hypofunction, one of the main alterations thought to take place in the brains of schizophrenics. Our study was aimed at investigating the neurochemical, metabolic and behavioral consequences of repeated PCP administration in vivo, focusing on the functioning of the prefrontal cortex (pfc), a brain region highly relevant for the cognitive deficits observed in schizophrenic patients. Rats or mice received a daily administration of either PCP (5 mg/kg) or saline for 7 or 14 days. At least 24 hours after the last treatment the animals were sacrificed. Acute slices of the pfc were quickly prepared and challenged with high KCl to induce synaptic glutamate release. Pfc slices from PCP-treated animals released significantly less glutamate than slices from salinetreated animals. The deficit persisted 72 hours after the end of the treatment, while it was not observed in another cortical region: the primary visual cortex. Interestingly, treatment with antipsychotic drugs, either haloperidol or olanzapine, reverted the glutamate release defect induced by PCP treatment. The same release defect was observed in synaptosomes prepared from the pfc of PCP-treated animals, indicating that PCP induces a plastic adaptive change in the mechanism controlling glutamate release in the glutamatergic terminals. We discovered that such change most likely involves the down-regulation of a newly identified, pre-synaptic NMDAR with stimulatory auto-receptor function on glutamate release. In parallel sets of behavioral experiments challenging pfc function, mice sub-chronically treated with PCP displayed reduced behavioral flexibility (reversal learning) in a visual/tactile-cued discrimination task. The cognitive deficit was still evident 4 days after the last PCP administration and was associated to reduced brain metabolic activity during the performance of the behavioral task, notably in the pfc, as determined by [14C]2-deoxyglucose quantitative autoradiography. Clverall, our findings suggest that prolonged NMDAR blockade by repeated PCP administration results in a defect of glutamate release from excitatory afferents in the pfc, possibly ascribed to down-regulation of apre-synaptic stimulatory NMDAR. Deficient excitatory neurotransmission in the pfc is consistent with the reduced metabolic and functional activation of this area and the observed PCP-induced cognitive deficits.

The MicroArray Quality Control (MAQC)-II study of common practices for the development and validation of microarray-based predictive models.

Gene expression data from microarrays are being applied to predict preclinical and clinical endpoints, but the reliability of these predictions has not been established. In the MAQC-II project, 36 independent teams analyzed six microarray data sets to generate predictive models for classifying a sample with respect to one of 13 endpoints indicative of lung or liver toxicity in rodents, or of breast cancer, multiple myeloma or neuroblastoma in humans. In total, >30,000 models were built using many combinations of analytical methods. The teams generated predictive models without knowing the biological meaning of some of the endpoints and, to mimic clinical reality, tested the models on data that had not been used for training. We found that model performance depended largely on the endpoint and team proficiency and that different approaches generated models of similar performance. The conclusions and recommendations from MAQC-II should be useful for regulatory agencies, study committees and independent investigators that evaluate methods for global gene expression analysis.

Short- and long-term effects of litter size manipulation in a small wild-derived rodent.

Iteroparous organisms maximize their overall fitness by optimizing their reproductive effort over multiple reproductive events. Hence, changes in reproductive effort are expected to have both short- and long-term consequences on parents and their offspring. In laboratory rodents, manipulation of reproductive efforts during lactation has however revealed few short-term reproductive adjustments, suggesting that female laboratory rodents express maximal rather than optimal levels of reproductive investment as observed in semelparous organisms. Using a litter size manipulation (LSM) experiment in a small wild-derived rodent (the common vole; Microtus arvalis), we show that females altered their reproductive efforts in response to LSM, with females having higher metabolic rates and showing alternative body mass dynamics when rearing an enlarged rather than reduced litter. Those differences in female reproductive effort were nonetheless insufficient to fully match their pups' energy demand, pups being lighter at weaning in enlarged litters. Interestingly, female reproductive effort changes had long-term consequences, with females that had previously reared an enlarged litter being lighter at the birth of their subsequent litter and producing lower quality pups. We discuss the significance of using wild-derived animals in studies of reproductive effort optimization.

The role of C-Jun N-terminal kinase in a mouse model of intracerebral hemorrhage

Background: Intracerebral hemorrhage (ICH) is a subtype of stroke characterized by a haematoma within the brain parenchyma resulting from blood vessel rupture and with a poor outcome. In ICH, the blood entry into the brain triggers toxicity resulting in a substantial loss of neurons and an inflammatory response. At the same time, blood-brain barrier (BBB) disruption increases water content (edema) leading to growing intracranial pressure, which in turn worsens neurological outcome. Although the clinical presentation is similar in ischemic and hemorrhagic stroke, the treatment is different and the stroke type needs to be determined beforehand by imaging which delays the therapy. C-Jun N-terminal kinases (JNKs) are a family of kinases activated in response to stress stimuli and involved in several pathways such as apoptosis. Specific inhibition of JNK by a TAT-coupled peptide (XG-102) mediates strong neuroprotection in several models of ischemic stroke in rodents. Recently, we have observed that the JNK pathway is also activated in a mouse model of ICH, raising the question of the efficacy of XG-102 in this model. Method: ICH was induced in the mouse by intrastriatal injection of bacterial collagenase (0,1 U). Three hours after surgery, animals received an intravenous injection of 100 mg/kg of XG-102. The neurological outcome was assessed everyday until sacrifice using a score (from 0 to 9) based on 3 behavioral tests performed daily until sacrifice. Then, mice were sacrificed at 6 h, 24 h, 48 h, and 5d after ICH and histological studies performed. Results: The first 24 h after surgery are critical in our ICH mice model, and we have observed that XG-102 significantly improves neurological outcome at this time point (mean score: 1,8 + 1.4 for treated group versus 3,4+ 1.8 for control group, P<0.01). Analysis of the lesion volume revealed a significant decrease of the lesion area in the treated group at 48h (29+ 11mm3 in the treated group versus 39+ 5mm3 in the control group, P=0.04). XG-102 mainly inhibits the edema component of the lesion. Indeed, a significant inhibition Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2009) 29, S490-S493 & 2009 ISCBFM All rights reserved 0271-678X/09 $32.00 www.jcbfm.com of the brain swelling was observed in treated animals at 48h (14%+ 13% versus 26+ 9% in the control group, P=0.04) and 5d (_0.3%+ 4.5%versus 5.1+ 3.6%in the control group, P=0.01). Conclusions: Inhibition of the JNK pathway by XG- 102 appears to lead to several beneficial effects. We can show here a significant inhibition of the cerebral edema in the ICH model providing a further beneficial effect of the XG-102 treatment, in addition to the neuroprotection previously described in the ischemic model. This result is of interest because currently, clinical treatment for brain edema is limited. Importantly, the beneficial effects observed with XG-102 in models of both stroke types open the possibility to rapidly treat stroke patients before identifying the stroke subtype by imaging. This will save time which is precious for stroke outcome.