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.

Ocular distribution, spectrum of activity, and in vivo viral neutralization of a fully humanized anti-herpes simplex virus IgG Fab fragment following topical application.

Herpes simplex ocular infection is a major cause of corneal blindness. Local antiviral treatments exist but are associated with corneal toxicity, and resistance has become an issue. We evaluated the biodistribution and efficacy of a humanized anti-herpes simplex virus (anti-HSV) IgG FAb fragment (AC-8; 53 kDa) following repeated topical administration. AC-8 was found in the corneal epithelium, anterior stroma, subepithelial stromal cells, and retinal glial cells, with preferential entry through the ocular limbus. AC-8 was active against 13 different strains of HSV-1, with 50% and 90% mean effective concentrations (MEC(50) and MEC(90), respectively) ranging from 0.03 to 0.13 μg/ml, indicating broad-spectrum activity. The in vivo efficacy of AC-8 was evaluated in a mouse model of herpes-induced ocular disease. Treatment with low-dose AC-8 (1 mg/ml) slightly reduced the ocular disease scores. A greater reduction of the disease scores was observed in the 10-mg/ml AC-8-treated group, but not as much as with trifluridine (TFT). AC-8 treatment reduced viral titers but less than trifluridine. AC-8 did not display any toxicity to the cornea or other structures in the eye. In summary, topical instillation of an anti-HSV FAb can be used on both intact and ulcerated corneas. It is well tolerated and does not alter reepithelialization. Further studies to improve the antiviral effect are needed for AC-8 to be considered for therapeutic use.

Glutamate Transport Decreases Mitochondrial pH and Modulates Oxidative Metabolism in Astrocytes.

During synaptic activity, the clearance of neuronally released glutamate leads to an intracellular sodium concentration increase in astrocytes that is associated with significant metabolic cost. The proximity of mitochondria at glutamate uptake sites in astrocytes raises the question of the ability of mitochondria to respond to these energy demands. We used dynamic fluorescence imaging to investigate the impact of glutamatergic transmission on mitochondria in intact astrocytes. Neuronal release of glutamate induced an intracellular acidification in astrocytes, via glutamate transporters, that spread over the mitochondrial matrix. The glutamate-induced mitochondrial matrix acidification exceeded cytosolic acidification and abrogated cytosol-to-mitochondrial matrix pH gradient. By decoupling glutamate uptake from cellular acidification, we found that glutamate induced a pH-mediated decrease in mitochondrial metabolism that surpasses the Ca(2+)-mediated stimulatory effects. These findings suggest a model in which excitatory neurotransmission dynamically regulates astrocyte energy metabolism by limiting the contribution of mitochondria to the metabolic response, thereby increasing the local oxygen availability and preventing excessive mitochondrial reactive oxygen species production.

Down-regulation of NOSII gene expression by iontophoresis of anti-sense oligonucleotide in endotoxin-induced uveitis.

Transcorneoscleral iontophoresis was used to enhance ocular penetration of a 21-bp NH(2) protected anti-NOSII oligonucleotides (ODNs) (fluorescein or infrared-41 labeled) in Lewis rats. Both histochemical localization and acrylamide sequencing gels were used. To evaluate the potential to down-regulate NOSII expression in the rat model of endotoxin-induced uveitis (EIU), anti-sense NOSII ODN, scrambled ODN or saline were iontophorezed into these animals' eyes. Iontophoresis facilitated the penetration of intact ODNs into the intraocular tissues of the rat eye and only the eyes receiving ODNs and electrical current demonstrated intact ODNs within the ocular tissues of both segments of the eye. Iontophoresis of anti-NOSII ODN significantly down-regulated the expression of NOSII expression in iris/ciliary body compared to the saline or scrambled ODN treated eyes. Nitrite production was also significantly reduced in the anti-NOSII applied eyes compared to those treated with saline. Using this system, intraocular delivery of ODNs can be significantly enhanced increasing the potential for successful gene therapy for human eye diseases.

Over-expression of PHO1 in Arabidopsis leaves reveals its role in mediating phosphate efflux.

Inorganic phosphate (Pi) homeostasis in multi-cellular eukaryotes depends not only on Pi influx into cells, but also on Pi efflux. Examples in plants for which Pi efflux is crucial are transfer of Pi into the xylem of roots and release of Pi at the peri-arbuscular interface of mycorrhizal roots. Despite its importance, no protein has been identified that specifically mediates phosphate efflux either in animals or plants. The Arabidopsis thaliana PHO1 gene is expressed in roots, and was previously shown to be involved in long-distance transfer of Pi from the root to the shoot. Here we show that PHO1 over-expression in the shoot of A. thaliana led to a two- to threefold increase in shoot Pi content and a severe reduction in shoot growth. (31) P-NMR in vivo showed a normal initial distribution of intracellular Pi between the cytoplasm and the vacuole in leaves over-expressing PHO1, followed by a large efflux of Pi into the infiltration medium, leading to a rapid reduction of the vacuolar Pi pool. Furthermore, the Pi concentration in leaf xylem exudates from intact plants was more than 100-fold higher in PHO1 over-expressing plants compared to wild-type. Together, these results show that PHO1 over-expression in leaves leads to a dramatic efflux of Pi out of cells and into the xylem vessel, revealing a crucial role for PHO1 in Pi efflux.

Assessment and analysis of mechanical allodynia-like behavior induced by spared nerve injury (SNI) in the mouse

Rrésumé: La première description dans une publication médicale des douleurs neuropathiques remonte à 1872, le Dr S.W. Mitchell les résumant ainsi [...]" la causalgie est la plus terrible des tortures qu'une lésion nerveuse puisse entraîner "[...]. Par définition, la douleur neuropathique est une douleur chronique faisant suite à une lésion ou dysfonction du système nerveux. Malgré les progrès faits dans la compréhension de ce syndrome, le détail des mécanismes impliqués nous échappe encore et son traitement reste insuffisant car moins de 50% des patients sont soulagés par les thérapies actuelles. Différents modèles expérimentaux ont été élaborés chez l'animal de laboratoire, en particulier des modèles de lésion de nerfs périphériques chez le rat, permettant des investigations tant moléculaires que fonctionnelles des mécanismes impliqués dans le développement de ces douleurs. En revanche, peu de modèles existent chez la souris, alors que cet animal, grâce à la transgénèse, est très fréquemment utilisé pour l'approche fonctionnelle ciblée sur un gène. Dans l'étude présentée ici, nous avons évalué chez la souris C57BL/6 l'adaptation d'un modèle neuropathique, proposé une nouvelle modalité de mesure de la sensibilité douloureuse adaptée à la souris et défini une méthode d'analyse performante des résultats. Ce modèle, dit de lésion avec épargne nerveuse (spared Werve injury, SNI), consiste en la lésion de deux des trois branches du nerf sciatique, soit les nerfs peronier commun et tibial. La troisième branche, le nerf sural est laissé intact et c'est dans le territoire cutané de ce dernier que la sensibilité douloureuse à des stimulations mécaniques est enregistrée. Des filaments calibrés de force croissante sont appliqués sur la surface de la patte impliquée et la fréquence relative de retrait de la patte a été modélisée mathématiquement et analysée par un modèle statistique intégrant tous les paramètres de l'expérience (mixed-effects model). Des variantes chirurgicales lésant séquentiellement les trois branches du nerf sciatique ainsi que la réponse en fonction du sexe de l'animal ont également été évaluées. La lésion SNI entraîne une hypersensibilité mécanique marquée comparativement aux souris avec chirurgie contrôle; cet effet est constant entre les animaux et persiste durant les quatre semaines de l'étude. De subtiles différences entre les variables, y compris une divergence de sensibilité mécanique entre les sexes, ont été démontrées. La nécessité de léser le nerf tibial pour le développement des symptômes a également été documentée par notre méthode d'évaluation et d'analyse. En conclusion, nous avons validé le modèle SNI chez la souris par l'apparition d'un symptôme reproductible et apparenté à l'allodynie mécanique décrite par les patients souffrant de douleurs neuropathiques. Nous avons développé des méthodes d'enregistrement et d'analyse de la sensibilité douloureuse sensibles qui permettent la mise en évidence de facteurs intrinsèques et extrinsèques de variation de la réponse. Le modèle SNI utilisé chez des souris génétiquement modifiées, de par sa précision et reproductibilité, pourra permettre la discrimination de facteurs génétiques et épigénétiques contribuant au développement et à la persistance de douleurs neuropathiques.

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

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

Hyperglycemia-induced abnormalities in rat and human corneas: the potential of second harmonic generation microscopy.

BACKGROUND: Second Harmonic Generation (SHG) microscopy recently appeared as an efficient optical imaging technique to probe unstained collagen-rich tissues like cornea. Moreover, corneal remodeling occurs in many diseases and precise characterization requires overcoming the limitations of conventional techniques. In this work, we focus on diabetes, which affects hundreds of million people worldwide and most often leads to diabetic retinopathy, with no early diagnostic tool. This study then aims to establish the potential of SHG microscopy for in situ detection and characterization of hyperglycemia-induced abnormalities in the Descemet's membrane, in the posterior cornea. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We studied corneas from age-matched control and Goto-Kakizaki rats, a spontaneous model of type 2 diabetes, and corneas from human donors with type 2 diabetes and without any diabetes. SHG imaging was compared to confocal microscopy, to histology characterization using conventional staining and transmitted light microscopy and to transmission electron microscopy. SHG imaging revealed collagen deposits in the Descemet's membrane of unstained corneas in a unique way compared to these gold standard techniques in ophthalmology. It provided background-free images of the three-dimensional interwoven distribution of the collagen deposits, with improved contrast compared to confocal microscopy. It also provided structural capability in intact corneas because of its high specificity to fibrillar collagen, with substantially larger field of view than transmission electron microscopy. Moreover, in vivo SHG imaging was demonstrated in Goto-Kakizaki rats. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Our study shows unambiguously the high potential of SHG microscopy for three-dimensional characterization of structural abnormalities in unstained corneas. Furthermore, our demonstration of in vivo SHG imaging opens the way to long-term dynamical studies. This method should be easily generalized to other structural remodeling of the cornea and SHG microscopy should prove to be invaluable for in vivo corneal pathological studies.

Bacterial flagellin triggers cardiac innate immune responses and acute contractile dysfunction.

BACKGROUND: Myocardial contractile failure in septic shock may develop following direct interactions, within the heart itself, between molecular motifs released by pathogens and their specific receptors, notably those belonging to the toll-like receptor (TLR) family. Here, we determined the ability of bacterial flagellin, the ligand of mammalian TLR5, to trigger myocardial inflammation and contractile dysfunction. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: TLR5 expression was determined in H9c2 cardiac myoblasts, in primary rat cardiomyocytes, and in whole heart extracts from rodents and humans. The ability of flagellin to activate pro-inflammatory signaling pathways (NF-kappaB and MAP kinases) and the expression of inflammatory cytokines was investigated in H9c2 cells, and, in part, in primary cardiomyocytes, as well as in the mouse myocardium in vivo. The influence of flagellin on left ventricular function was evaluated in mice by a conductance pressure-volume catheter. Cardiomyocytes and intact myocardium disclosed significant TLR5 expression. In vitro, flagellin activated NF-kappaB, MAP kinases, and the transcription of inflammatory genes. In vivo, flagellin induced cardiac activation of NF-kappaB, expression of inflammatory cytokines (TNF alpha, IL-1 beta, IL-6, MIP-2 and MCP-1), and provoked a state of reversible myocardial dysfunction, characterized by cardiac dilation, reduced ejection fraction, and decreased end-systolic elastance. CONCLUSION/SIGNIFICANCE: These results are the first to indicate that flagellin has the ability to trigger cardiac innate immune responses and to acutely depress myocardial contractility.

Ablation of caterpillar labial salivary glands: technique for determining the role of saliva in insect-plant interactions.

There has been an ardent interest in herbivore saliva due to its roles in inducing plant defenses and its impact on herbivore fitness. Two techniques are described that inhibit the secretion of labial saliva from the caterpillar, Helicoverpa zea, during feeding. The methods rely on cauterizing the caterpillar's spinneret, the principal secretory structure of the labial glands, or surgically removing the labial salivary gland. Both methods successfully inhibit secretion of saliva and the principal salivary enzyme glucose oxidase. Caterpillars with inhibited saliva production feed at similar rates as the untreated caterpillars, pupate, and emerge as adults. Glucose oxidase has been suggested to increase the caterpillar's survival through the suppression of inducible anti-herbivore defenses in plants. Tobacco (Nicotiana tabacum) leaves fed on by caterpillars with ablated salivary glands had significantly higher levels of nicotine, an inducible anti-herbivore defense compound of tobacco, than leaves fed upon by caterpillars with intact labial salivary glands. Tomato (Lycopersicon esculentum) leaves fed upon by caterpillars with suppressed salivary secretions showed greatly reduced evidence of hydrogen peroxide formation compared to leaves fed upon by intact caterpillars. These two methods are useful techniques for determining the role that saliva plays in manipulating plant anti-herbivore defenses.

Prenatally engineered autologous amniotic fluid stem cell-based heart valves in the fetal circulation.

Prenatal heart valve interventions aiming at the early and systematic correction of congenital cardiac malformations represent a promising treatment option in maternal-fetal care. However, definite fetal valve replacements require growing implants adaptive to fetal and postnatal development. The presented study investigates the fetal implantation of prenatally engineered living autologous cell-based heart valves. Autologous amniotic fluid cells (AFCs) were isolated from pregnant sheep between 122 and 128 days of gestation via transuterine sonographic sampling. Stented trileaflet heart valves were fabricated from biodegradable PGA-P4HB composite matrices (n = 9) and seeded with AFCs in vitro. Within the same intervention, tissue engineered heart valves (TEHVs) and unseeded controls were implanted orthotopically into the pulmonary position using an in-utero closed-heart hybrid approach. The transapical valve deployments were successful in all animals with acute survival of 77.8% of fetuses. TEHV in-vivo functionality was assessed using echocardiography as well as angiography. Fetuses were harvested up to 1 week after implantation representing a birth-relevant gestational age. TEHVs showed in vivo functionality with intact valvular integrity and absence of thrombus formation. The presented approach may serve as an experimental basis for future human prenatal cardiac interventions using fully biodegradable autologous cell-based living materials.

Transport and metabolism of [214-C]abscisic acid in maize root

The tips of intact maize (cv. LG 11) roots, maintained vertically, were pretreated with a droplet of buffer solution or a bead of anion exchange resin, both containing [214-C]abscisic acid (ABA). A significant basipetal ABA movement was observed and two metabolites of ABA (possibly phaseic acid and dihydrophaseic acid) were found. ABA pretreatment enhanced the gravireaction of 10 mm apical root segments kept both in the dark and in the light. The possibility that ABA could be one of the endogenous growth inhibitors produced or released by the cap cells is discussed.

Glutamatergic regulation of mitochondrial ion dynamics in astrocytes

Résumé grand public :Le cerveau se compose de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales dont font partie les astrocytes. Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques et en libérant des molécules de signalisation comme le glutamate. Les astrocytes ont eux pour charge de capter le glucose depuis le sang circulant dans les vaisseaux sanguins, de le transformer et de le transmettre aux neurones pour qu'ils puissent l'utiliser comme source d'énergie. L'astrocyte peut ensuite utiliser ce glucose de deux façons différentes pour produire de l'énergie : la première s'opère dans des structures appelées mitochondries qui sont capables de produire plus de trente molécules riches en énergie (ATP) à partir d'une seule molécule de glucose ; la seconde possibilité appelée glycolyse peut produire deux molécules d'ATP et un dérivé du glucose appelé lactate. Une théorie couramment débattue propose que lorsque les astrocytes capturent le glutamate libéré par les neurones, ils libèrent en réponse du lactate qui servirait de base énergétique aux neurones. Cependant, ce mécanisme n'envisage pas une augmentation de l'activité des mitochondries des astrocytes, ce qui serait pourtant bien plus efficace pour produire de l'énergie.En utilisant la microscopie par fluorescence, nous avons pu mesurer les changements de concentrations ioniques dans les mitochondries d'astrocytes soumis à une stimulation glutamatergique. Nous avons démontré que les mitochondries des astrocytes manifestent des augmentations spontanées et transitoires de leur concentrations ioniques, dont la fréquence était diminuée au cours d'une stimulation avec du glutamate. Nous avons ensuite montré que la capture de glutamate augmentait la concentration en sodium et acidifiait les mitochondries des astrocytes. En approfondissant ces mécanismes, plusieurs éléments ont suggéré que l'acidification induite diminuerait le potentiel de synthèse d'énergie d'origine mitochondriale et la consommation d'oxygène dans les astrocytes. En résumé, l'ensemble de ces travaux suggère que la signalisation neuronale impliquant le glutamate dicte aux astrocytes de sacrifier temporairement l'efficacité de leur métabolisme énergétique, en diminuant l'activité de leurs mitochondries, afin d'augmenter la disponibilité des ressources énergétiques utiles aux neurones.Résumé :La remarquable efficacité du cerveau à compiler et propager des informations coûte au corps humain 20% de son budget énergétique total. Par conséquent, les mécanismes cellulaires responsables du métabolisme énergétique cérébral se sont adéquatement développés pour répondre aux besoins énergétiques du cerveau. Les dernières découvertes en neuroénergétique tendent à démontrer que le site principal de consommation d'énergie dans le cerveau est situé dans les processus astrocytaires qui entourent les synapses excitatrices. Un nombre croissant de preuves scientifiques a maintenant montré que le transport astrocytaire de glutamate est responsable d'un coût métabolique important qui est majoritairement pris en charge par une augmentation de l'activité glycolytique. Cependant, les astrocytes possèdent également un important métabolisme énergétique de type mitochondrial. Par conséquent, la localisation spatiale des mitochondries à proximité des transporteurs de glutamate suggère l'existence d'un mécanisme régulant le métabolisme énergétique astrocytaire, en particulier le métabolisme mitochondrial.Afin de fournir une explication à ce paradoxe énergétique, nous avons utilisé des techniques d'imagerie par fluorescence pour mesurer les modifications de concentrations ioniques spontanées et évoquées par une stimulation glutamatergique dans des astrocytes corticaux de souris. Nous avons montré que les mitochondries d'astrocytes au repos manifestaient des changements individuels, spontanés et sélectifs de leur potentiel électrique, de leur pH et de leur concentration en sodium. Nous avons trouvé que le glutamate diminuait la fréquence des augmentations spontanées de sodium en diminuant le niveau cellulaire d'ATP. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'une régulation du métabolisme mitochondrial astrocytaire par le glutamate. Nous avons montré que le glutamate initie dans la population mitochondriale une augmentation rapide de la concentration en sodium due à l'augmentation cytosolique de sodium. Nous avons également montré que le relâchement neuronal de glutamate induit une acidification mitochondriale dans les astrocytes. Nos résultats ont indiqué que l'acidification induite par le glutamate induit une diminution de la production de radicaux libres et de la consommation d'oxygène par les astrocytes. Ces études ont montré que les mitochondries des astrocytes sont régulées individuellement et adaptent leur activité selon l'environnement intracellulaire. L'adaptation dynamique du métabolisme énergétique mitochondrial opéré par le glutamate permet d'augmenter la quantité d'oxygène disponible et amène au relâchement de lactate, tous deux bénéfiques pour les neurones.Abstract :The remarkable efficiency of the brain to compute and communicate information costs the body 20% of its total energy budget. Therefore, the cellular mechanisms responsible for brain energy metabolism developed adequately to face the energy needs. Recent advances in neuroenergetics tend to indicate that the main site of energy consumption in the brain is the astroglial process ensheating activated excitatory synapses. A large body of evidence has now shown that glutamate uptake by astrocytes surrounding synapses is responsible for a significant metabolic cost, whose metabolic response is apparently mainly glycolytic. However, astrocytes have also a significant mitochondrial oxidative metabolism. Therefore, the location of mitochondria close to glutamate transporters raises the question of the existence of mechanisms for tuning their energy metabolism, in particular their mitochondrial metabolism.To tackle these issues, we used real time imaging techniques to study mitochondrial ionic alterations occurring at resting state and during glutamatergic stimulation of mouse cortical astrocytes. We showed that mitochondria of intact resting astrocytes exhibited individual spontaneous and selective alterations of their electrical potential, pH and Na+ concentration. We found that glutamate decreased the frequency of mitochondrial Na+ transient activity by decreasing the cellular level of ATP. We then investigated a possible link between glutamatergic transmission and mitochondrial metabolism in astrocytes. We showed that glutamate triggered a rapid Na+ concentration increase in the mitochondrial population as a result of plasma-membrane Na+-dependent uptake. We then demonstrated that neuronally released glutamate also induced a mitochondrial acidification in astrocytes. Glutamate induced a pH-mediated and cytoprotective decrease of mitochondrial metabolism that diminished oxygen consumption. Taken together, these studies showed that astrocytes contain mitochondria that are individually regulated and sense the intracellular environment to modulate their own activity. The dynamic regulation of astrocyte mitochondrial energy output operated by glutamate allows increasing oxygen availability and lactate production both being beneficial for neurons.

Chronic bradykinin receptor blockade modulates neonatal renal function.

Recent data indicate that bradykinin participates in the regulation of neonatal glomerular function and also acts as a growth regulator during renal development. The aim of the present study was to investigate the involvement of bradykinin in the maturation of renal function. Bradykinin beta2-receptors of newborn rabbits were inhibited for 4 days by Hoe 140. The animals were treated with 300 microg/kg s.c. Hoe 140 (group Hoe, n = 8) or 0.9% NaCl (group control, n = 8) twice daily. Clearance studies were performed in anesthetized rabbits at the age of 8-9 days. Bradykinin receptor blockade did not impair kidney growth, as demonstrated by similar kidney weights in the two groups, nor did it influence blood pressure. Renal blood flow was higher, while renal vascular resistance and filtration fraction were lower in Hoe 140-treated rabbits. No difference in glomerular filtration rate was observed. The unexpectedly higher renal perfusion observed in group Hoe cannot be explained by the blockade of the known vasodilator and trophic effect of bradykinin. Our results indicate that in intact kallikrein-kinin system is necessary for the normal functional development of the kidney.

Mechanisms of the pressor response to intravenous thyrotropin-releasing hormone in the rat.

1. The purpose of this study was to examine the contribution of the sympatho-adrenomedullary system to the blood pressure response to an intravenous bolus of thyrotropin-releasing hormone (TRH) in conscious medullectomized and sham-operated rats. 2. The peak pressor effect of 0.5 mg TRH was significantly increased in rats having no adrenal medulla (+24.2 +/- 1.6 mmHg, mean +/- s.e.m., P < 0.01) as compared to sham-operated animals (+12.2 +/- 3.0 mmHg). 3. Blockade of alpha-adrenergic receptors with phentolamine abolished the pressor effect of TRH in control rats (+2.1 +/- 1.9 mmHg) but did not attenuate the blood pressure response of medullectomized rats (+21.5 +/- 4.7 mmHg). In contrast, beta-blockade with propranolol blunted the blood pressure responsiveness of rats subjected to adrenal medullectomy (+12.4 +/- 2.6 mmHg) but did not modify the effect of TRH in sham-operated controls (+10.9 +/- 2.9 mmHg). 4. The direct in vitro effect of TRH on isolated mesenteric rat arteries was also evaluated. TRH did not induce contractions of isolated arteries. 5. These results suggest that in rats with intact adrenals, the pressor effect of intravenous TRH is mediated primarily by a stimulation of alpha-adrenergic receptors. Adrenal medullectomy appears to enhance the blood pressure response to intravenous TRH. Activation of cardiac beta-adrenoceptors seems to contribute to the blood pressure increasing effect of intravenous TRH in medullectomized animals.