Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

Oligomerization of the alpha 1a- and alpha 1b-adrenergic receptor subtypes. Potential implications in receptor internalization.

We combined biophysical, biochemical, and pharmacological approaches to investigate the ability of the alpha 1a- and alpha 1b-adrenergic receptor (AR) subtypes to form homo- and hetero-oligomers. Receptors tagged with different epitopes (hemagglutinin and Myc) or fluorescent proteins (cyan and green fluorescent proteins) were transiently expressed in HEK-293 cells either individually or in different combinations. Fluorescence resonance energy transfer measurements provided evidence that both the alpha 1a- and alpha 1b-AR can form homo-oligomers with similar transfer efficiency of approximately 0.10. Hetero-oligomers could also be observed between the alpha 1b- and the alpha 1a-AR subtypes but not between the alpha 1b-AR and the beta2-AR, the NK1 tachykinin, or the CCR5 chemokine receptors. Oligomerization of the alpha 1b-AR did not require the integrity of its C-tail, of two glycophorin motifs, or of the N-linked glycosylation sites at its N terminus. In contrast, helix I and, to a lesser extent, helix VII were found to play a role in the alpha 1b-AR homo-oligomerization. Receptor oligomerization was not influenced by the agonist epinephrine or by the inverse agonist prazosin. A constitutively active (A293E) as well as a signaling-deficient (R143E) mutant displayed oligomerization features similar to those of the wild type alpha 1b-AR. Confocal imaging revealed that oligomerization of the alpha1-AR subtypes correlated with their ability to co-internalize upon exposure to the agonist. The alpha 1a-selective agonist oxymetazoline induced the co-internalization of the alpha 1a- and alpha 1b-AR, whereas the alpha 1b-AR could not co-internalize with the NK1 tachykinin or CCR5 chemokine receptors. Oligomerization might therefore represent an additional mechanism regulating the physiological responses mediated by the alpha 1a- and alpha 1b-AR subtypes.

Separation of free amino acids in human plasma by capillary electrophoresis with laser induced fluorescence: potential for emergency diagnosis of inborn errors of metabolism.

Free amino acids (AAs) in human plasma are derivatized with 3-(4-carboxybenzoyl)quinoline-2-carboxaldehyde (CBQCA) and analyzed by capillary electrophoresis (CE) with laser induced fluorescence (LIF) detection. The labeling procedure is significantly improved over results reported previously. Derivatization can be completed in 40 min, with concentrations as low as 4 x 10(-8) M successfully labeled in favourable cases. Twenty-nine AAs (including 2 internal standards) are identified and can be reproducibly separated in 70 min. Migration time RSD values for 23 of these AAs were calculated and found in the range from 0.5 to 4%. The rapid derivatization procedure and the resolution obtained in the separation are sufficient for a semi-quantitative, emergency diagnosis of several inborn errors of metabolism (IEM). Amino acid profiles for both normal donor plasma samples and plasma samples of patients suffering from phenylketonuria, tyrosinemia, maple syrup urinary disease, hyperornithinemia, and citrullinemia are studied.

Expression of a plant-derived peptide harboring water-cleaning and antimicrobial activities.

Drinking water is currently a scarce world resource, the preparation of which requires complex treatments that include clarification of suspended particles and disinfection. Seed extracts of Moringa oleifera Lam., a tropical tree, have been proposed as an environment-friendly alternative, due to their traditional use for the clarification of drinking water. However, the precise nature of the active components of the extract and whether they may be produced in recombinant form are unknown. Here we show that recombinant or synthetic forms of a cationic seed polypeptide mediate efficient sedimentation of suspended mineral particles and bacteria. Unexpectedly, the polypeptide was also found to possesses a bactericidal activity capable of disinfecting heavily contaminated water. Furthermore, the polypeptide has been shown to efficiently kill several pathogenic bacteria, including antibiotic-resistant isolates of Staphylococcus, Streptococcus, and Legionella species. Thus, this polypeptide displays the unprecedented feature of combining water purification and disinfectant properties. Identification of an active principle derived from the seed extracts points to a range of potential for drinking water treatment or skin and mucosal disinfection in clinical settings.

Towards the validation of "in silico" models and physicochemical filters to identify and characterize new chemical entities

Summary: Lipophilicity plays an important role in the determination and the comprehension of the pharmacokinetic behavior of drugs. It is usually expressed by the partition coefficient (log P) in the n-octanol/water system. The use of an additional solvent system (1,2-dichlorethane/water) is necessary to obtain complementary information, as the log Poct values alone are not sufficient to explain ail biological properties. The aim of this thesis is to develop tools allowing to predict lipophilicity of new drugs and to analyze the information yielded by those log P values. Part I presents the development of theoretical models used to predict lipophilicity. Chapter 2 shows the necessity to extend the existing solvatochromic analyses in order to predict correctly the lipophilicity of new and complex neutral compounds. In Chapter 3, solvatochromic analyses are used to develop a model for the prediction of the lipophilicity of ions. A global model was obtained allowing to estimate the lipophilicity of neutral, anionic and cationic solutes. Part II presents the detailed study of two physicochemical filters. Chapter 4 shows that the Discovery RP Amide C16 stationary phase allows to estimate lipophilicity of the neutral form of basic and acidic solutes, except of lipophilic acidic solutes. Those solutes present additional interactions with this particular stationary phase. In Chapter 5, 4 different IANI stationary phases are investigated. For neutral solutes, linear data are obtained whatever the IANI column used. For the ionized solutes, their retention is due to a balance of electrostatic and hydrophobie interactions. Thus no discrimination is observed between different series of solutes bearing the same charge, from one column to an other. Part III presents two examples illustrating the information obtained thanks to Structure-Properties Relationships (SPR). Comparing graphically lipophilicity values obtained in two different solvent systems allows to reveal the presence of intramolecular effects .such as internai H-bond (Chapter 6). SPR is used to study the partitioning of ionizable groups encountered in Medicinal Chemistry (Chapter7). Résumé La lipophilie joue un .rôle important dans la détermination et la compréhension du comportement pharmacocinétique des médicaments. Elle est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) d'un composé dans le système de solvants n-octanol/eau. L'utilisation d'un deuxième système de solvants (1,2-dichloroéthane/eau) s'est avérée nécessaire afin d'obtenir des informations complémentaires, les valeurs de log Poct seules n'étant pas suffisantes pour expliquer toutes les propriétés biologiques. Le but de cette thèse est de développer des outils permettant de prédire la lipophilie de nouveaux candidats médicaments et d'analyser l'information fournie par les valeurs de log P. La Partie I présente le développement de modèles théoriques utilisés pour prédire la lipophilie. Le chapitre 2 montre la nécessité de mettre à jour les analyses solvatochromiques existantes mais inadaptées à la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés neutres. Dans le chapitre 3, la même méthodologie des analyses solvatochromiques est utilisée pour développer un modèle permettant de prédire la lipophilie des ions. Le modèle global obtenu permet la prédiction de la lipophilie de composés neutres, anioniques et cationiques. La Partie II présente l'étude approfondie de deux filtres physicochimiques. Le Chapitre 4 montre que la phase stationnaire Discovery RP Amide C16 permet la détermination de la lipophilie de la forme neutre de composés basiques et acides, à l'exception des acides très lipophiles. Ces derniers présentent des interactions supplémentaires avec cette phase stationnaire. Dans le Chapitre 5, 4 phases stationnaires IAM sont étudiées. Pour les composés neutres étudiés, des valeurs de rétention linéaires sont obtenues, quelque que soit la colonne IAM utilisée. Pour les composés ionisables, leur rétention est due à une balance entre des interactions électrostatiques et hydrophobes. Donc aucune discrimination n'est observée entre les différentes séries de composés portant la même charge d'une colonne à l'autre. La Partie III présente deux exemples illustrant les informations obtenues par l'utilisation des relations structures-propriétés. Comparer graphiquement la lipophilie mesurée dans deux différents systèmes de solvants permet de mettre en évidence la présence d'effets intramoléculaires tels que les liaisons hydrogène intramoléculaires (Chapitre 6). Cette approche des relations structures-propriétés est aussi appliquée à l'étude du partage de fonctions ionisables rencontrées en Chimie Thérapeutique (Chapitre 7) Résumé large public Pour exercer son effet thérapeutique, un médicament doit atteindre son site d'action en quantité suffisante. La quantité effective de médicament atteignant le site d'action dépend du nombre d'interactions entre le médicament et de nombreux constituants de l'organisme comme, par exemple, les enzymes du métabolisme ou les membranes biologiques. Le passage du médicament à travers ces membranes, appelé perméation, est un paramètre important à optimiser pour développer des médicaments plus puissants. La lipophilie joue un rôle clé dans la compréhension de la perméation passive des médicaments. La lipophilie est généralement exprimée par le coefficient de partage (log P) dans le système de solvants (non miscibles) n-octanol/eau. Les valeurs de log Poct seules se sont avérées insuffisantes pour expliquer la perméation à travers toutes les différentes membranes biologiques du corps humain. L'utilisation d'un système de solvants additionnel (le système 1,2-dichloroéthane/eau) a permis d'obtenir les informations complémentaires indispensables à une bonne compréhension du processus de perméation. Un grand nombre d'outils expérimentaux et théoriques sont à disposition pour étudier la lipophilie. Ce travail de thèse se focalise principalement sur le développement ou l'amélioration de certains de ces outils pour permettre leur application à un champ plus large de composés. Voici une brève description de deux de ces outils: 1)La factorisation de la lipophilie en fonction de certaines propriétés structurelles (telle que le volume) propres aux composés permet de développer des modèles théoriques utilisables pour la prédiction de la lipophilie de nouveaux composés ou médicaments. Cette approche est appliquée à l'analyse de la lipophilie de composés neutres ainsi qu'à la lipophilie de composés chargés. 2)La chromatographie liquide à haute pression sur phase inverse (RP-HPLC) est une méthode couramment utilisée pour la détermination expérimentale des valeurs de log Poct.

Non-covalent and covalent protein labeling in two-dimensional gel electrophoresis.

Over the past decades, several sensitive post-electrophoretic stains have been developed for an identification of proteins in general, or for a specific detection of post-translational modifications such as phosphorylation, glycosylation or oxidation. Yet, for a visualization and quantification of protein differences, the differential two-dimensional gel electrophoresis, termed DIGE, has become the method of choice for a detection of differences in two sets of proteomes. The goal of this review is to evaluate the use of the most common non-covalent and covalent staining techniques in 2D electrophoresis gels, in order to obtain maximal information per electrophoresis gel and for an identification of potential biomarkers. We will also discuss the use of detergents during covalent labeling, the identification of oxidative modifications and review influence of detergents on finger prints analysis and MS/MS identification in relation to 2D electrophoresis.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Liposome-mediated transfection of fetal lung epithelial cells: DNA degradation and enhanced superoxide toxicity.

Cationic liposomes, 1:1 (mol/mol) 1,2-dioleoyldimethylammonium chloride-1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine, were used to transfect primary cultures of distal rat fetal lung epithelial cells with pCMV4-based plasmids. A DNA-to-lipid ratio of 1:10 to 1:15 (wt/wt) optimized DNA uptake over a 24-h exposure. At a fixed DNA-to-lipid ratio of 1:15, chloramphenicol acetyltransferase (CAT) reporter gene expression declined at lipid concentrations > 2.5 nmol/cm2 cell surface area, whereas DNA uptake remained concentration dependent. CAT expression peaked 48 h after removal of the liposome-DNA complex, declining thereafter. Reporter gene expression was increased, and supercoiled cDNA degradation was reduced by the addition of 0.2 mM nicotinamide and 10 microM chloroquine. Rat fetal lung epithelial cells transfected with two different expression cassettes had an increased susceptibility to superoxide-mediated cytotoxicity. This could be attributed to a nonspecific delivery of exogenous DNA or some other copurified factor. The DNA-dependent increase in superoxide-mediated cytotoxicity, but not basal levels of cytotoxicity, was inhibited by the addition of 0.2 mM nicotinamide and 10 microM chloroquine.

Disease-driven T cell activation predicts immune responses to vaccination against melanoma.

Tumor vaccines may induce activation and expansion of specific CD8 T cells which can subsequently destroy tumor cells in cancer patients. This phenomenon can be observed in approximately 5-20% of vaccinated melanoma patients. We searched for factors associated with T cell responsiveness to peptide vaccines. Peptide antigen-specific T cells were quantified and characterized ex vivo before and after vaccination. T cell responses occurred primarily in patients with T cells that were already pre-activated before vaccination. Thus, peptide vaccines can efficiently boost CD8 T cells that are pre-activated by endogenous tumor antigen. Our results identify a new state of T cell responsiveness and help to explain and predict tumor vaccine efficacy.

Neurotensin is a regulator of insulin secretion in pancreatic beta-cells.

Neurotensin (NT) is secreted from neurons and gastrointestinal endocrine cells. We previously reported that the three NT receptors (NTSRs) are expressed in pancreatic islets and beta cell lines on which we observed a protective effect of NT against cytotoxic agents. In this study, we explored the role of NT on insulin secretion in the endocrine pancreatic beta cells. We observed that NT stimulates insulin secretion at low glucose level and has a small inhibiting effect on stimulated insulin secretion from isolated islets or INS-1E cells. We studied the mechanisms by which NT elicited calcium concentration changes using fura-2 loaded islets or INS-1E cells. NT increases calcium influx through the opening of cationic channels. Similar calcium influxes were observed after treatment with NTSR selective ligands. NT-evoked calcium regulation involves PKC and the translocation of PKCalpha and PKCepsilon to the plasma membrane. Part of NT effects appears to be also mediated by PKA but not via the Erk pathway. Taken together, these data provide evidence for an important endocrine role of NT in the regulation of the secretory function of beta cells.

Drainage of fluorescent liposomes from the vitreous to cervical lymph nodes via conjunctival lymphatics.

The use of liposomes as carriers for the delivery of biologically active molecules into the eye is of major interest. Indeed, encapsulation of biologically active molecules in liposomes may increase their bioavailability and may induce a sustained release, thus avoiding repeated intraocular injections and reducing side effects. We describe here the fate of rhodamine-conjugated liposomes (Rh-Lip) injected into the vitreous of normal Lewis rats. Twenty-four hours after intravitreal injection fluorescent liposomes were detected in the vitreous, the inner layer of the retina and to a lesser extent in the anterior segment of the eye. In addition, numerous Rh-Lip were also observed in the episclera and conjunctival stroma, in conjunctival lymphatic vessels and cervical lymph nodes (LN) draining the conjunctiva and the eye. In the LN, Rh-Lip were taken up by resident macrophages adjacent to CD4+ and CD8+ T cells. Thus, intravitreal injection of anti-inflammatory drugs loaded in liposomes could modulate the ocular immune microenvironment. In addition the passage of drugs into the cervical LN could alter the immune status of these LN and contribute to the regulation of intraocular inflammation. Our results suggest that this phenomenon should be taken into account to design new therapies based on intraocular drug administration.

Electron cryo-microscopy reveals mechanism of action of propranolol on artificial membranes.

The pharmacological activity of several amphiphilic drugs is often related to their ability to interact with biological membranes. Propranolol is an efficient multidrug resistance (MDR) modulator; it is a nonselective beta-blocker and is thought to reduce hypertension by decreasing the cardiac frequency and thus blood pressure. It is used in drug delivery studies in order to treat systemic hypertension. We are interested in the interaction of propranolol with artificial membranes, as liposomes of controllable size are used as biocompatible and protective structures to encapsulate labile molecules, such as proteins, nucleic acids or drugs, for pharmaceutical, cosmetic or chemical applications. We present here a study of the interaction of propranolol, a cationic surfactant, with pure egg phosphatidylcholine (EPC) vesicles. The gradual transition from liposome to micelle of EPC vesicles in the presence of propranolol was monitored by time-resolved electron cryo-microscopy (cryo-EM) under different experimental conditions. The liposome-drug interaction was studied with varying drug/lipid (D/L) ratios and different stages were captured by direct thin-film vitrification. The time-series cryo-EM data clearly illustrate the mechanism of action of propranolol on the liposome structure: the drug disrupts the lipid bilayer by perturbing the local organization of the phospholipids. This is followed by the formation of thread-like micelles, also called worm-like micelles (WLM), and ends with the formation of spherical (globular) micelles. The overall reaction is slow, with the process taking almost two hours to be completed. The effect of a monovalent salt was also investigated by repeating the lipid-surfactant interaction experiments in the presence of KCl as an additive to the lipid/drug suspension. When KCl was added in the presence of propranolol the overall reaction was the same but with slower kinetics, suggesting that this monovalent salt affects the general lipid-to-micelle transition by stabilizing the membrane, presumably by binding to the carbonyl chains of the phosphatidylcholine.

A flow cytometry based oligotrophic pollutant exposure test to detect bacterial growth inhibition and cell injury.

Toxicity of chemical pollutants in aquatic environments is often addressed by assays that inquire reproductive inhibition of test microorganisms, such as algae or bacteria. Those tests, however, assess growth of populations as a whole via macroscopic methods such as culture turbidity or colony-forming units. Here we use flow cytometry to interrogate the fate of individual cells in low-density populations of the bacterium Pseudomonas fluorescens SV3 exposed or not under oligotrophic conditions to a number of common pollutants, some of which derive from oil contamination. Cells were stained at regular time intervals during the exposure assay with fluorescent dyes that detect membrane injury (i.e., live-dead assay). Reduction of population growth rates was observed upon toxicant insult and depended on the type of toxicant. Modeling and cell staining indicate that population growth rate decrease is a combined effect of an increased number of injured cells that may or may not multiply, and live cells dividing at normal growth rates. The oligotrophic assay concept presented here could be a useful complement for existing biomarker assays in compliance with new regulations on chemical effect studies or, more specifically, for judging recovery after exposure to fluctuating toxicant conditions.

New insights in carbohydrate-deficient transferrin analysis with capillary electrophoresis-mass spectrometry

Capillary zone electrophoresis (CZE) with UV detection has been widely used for the determination of carbohydrate-deficient transferrin (CDT), an indirect marker of the chronic alcohol consumption (≥60-80g/day). A commercially available method (CEofix? CDT kit), containing a bilayer anionic coating, allows for the analysis of CDT with a high resolution between transferrin (Tf) glycoforms with reduced protein adsorption onto the capillary wall. Although widely used in routine analysis, this procedure presents some limitations in terms of selectivity and sensitivity which may be overcome with mass spectrometry (MS). However, the available method is not MS-compatible due to the non-volatile coating as well as the phosphate and borate buffers present in the background electrolyte (BGE). This study firstly consisted in developing MS-compatible separation conditions, i.e., coating and BGE compositions. Numerous cationic, neutral, and anionic coatings were evaluated in combination with BGEs covering a broad range of pH values. A bilayer coating composed of a cationic layer of 10% polybrene (m/v) and an anionic layer of 10% dextran sulfate (m/v) combined with a BGE composed of 20mM ammonium acetate at pH 8.5 provided the best results in terms of glycoforms' resolution, efficiency, adsorption reduction, migration times' repeatability, and coating stability. The method was then transferred to CZE-MS after investigations of the electrospray ionization (ESI) source, equipped with a sheath-flow interface, and the time-of-flight (TOF/MS) parameters. A successful MS detection of tetrasialo-Tf was obtained during infusion, while the experiments highlighted the challenges and issues encountered with intact glycoprotein analysis by CZE-ESI-MS.

Lymphoid environment limits superantigen and antigen-induced T cell proliferation at high precursor frequency.

After superantigen challenge a significant proportion of superantigen-reactive T cells remain undivided. We provide evidence that the lymphoid environment limits T cell proliferation in the secondary lymphoid organs when the frequency of superantigen reactive T cells is unusually high. We monitored T cell proliferation and the percentage of undivided cells when the frequency of superantigen-reactive T cells was low (1%), intermediate (15%) or high (30-100%) by transferring fluorescently labeled cells into different recipients. When the frequency was low, practically all the reactive T cells entered cell cycle and proliferated maximally. At intermediate frequencies a large proportion of reactive T cells did not enter cell cycle and the whole population divided less. A further increase in reactive T cells did not alter the percentage of undivided cells but induced a further decrease in the number of cell divisions. Interestingly, the observations made with superantigens were confirmed with peptide antigen and TCR-transgenic mice. Moreover, in vivo and in vitro data suggest that dendritic cells are the most likely candidates in limiting T cell proliferation in the lymphoid environment. In conclusion, we show that the availability of APC in the lymphoid environment can quantitatively limit T cell priming.