A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Twitch potentia induced by two different modalities of neuromuscular electrical stimulation: implications for motor unit recruitment.

INTRODUCTION: We tested the hypothesis that twitch potentiation would be greater following conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (50-µs pulse width and 25-Hz frequency) compared with wide-pulse high-frequency (WPHF) neuromuscular electrical stimulation (1-ms, 100-Hz) and voluntary (VOL) contractions, because of specificities in motor unit recruitment (random in CONV vs. random and orderly in WPHF vs. orderly in VOL). METHODS: A single twitch was evoked by means of tibial nerve stimulation before and 2 s after CONV, WPHF, and VOL conditioning contractions of the plantar flexors (intensity: 10% maximal voluntary contraction; duration: 10 s) in 13 young healthy subjects. RESULTS: Peak twitch increased (P<0.05) after CONV (+4.5±4.0%) and WPHF (+3.3±5.9%), with no difference between the 2 modalities, whereas no changes were observed after VOL (+0.8±2.6%). CONCLUSIONS: Our results demonstrate that presumed differences in motor unit recruitment between WPHF and CONV do not seem to influence twitch potentiation results.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Étude de la fonction de GLUT8 sur un modèle de souris "knock-out"

Résumé GLUT8 est la première des nouvelles isoformes des GLUT récemment identifiés. Il est fortement exprimé dans les testicules et plus faiblement dans les blastocystes, le cerveau, particulièrement au niveau de l'hippocampe, et le coeur. En conditions basales, il est retenu dans un compartiment intracellulaire. Si on l'exprime en surface cellulaire, par la mutation du motif d'internalisation dileucine, il transporte le glucose avec une bonne affinité. Dans le but d'étudier sa fonction au niveau de l'organisme, nous avons créé un modèle de knock out conditionnel, en entourant le dernier exon du gène de GLUT8 par deux sites loxP. En croisant nos souris avec une souche de souris transgénique exprimant la cre-recombinase dans les cellules de la lignée germinale, nous avons généré un modèle de souris portant la délétion totale de GLUT8 de manière constitutionnelle. Les statistiques effectuées sur les premières naissances indiquent qu'une partie des souris knock out ne survit pas, suggérant un rôle de GLUT8 au niveau du développement embryonnaire. Les souris qui ont survécu ne présentent toutefois pas d'anomalies durant la croissance et sont fertiles. Elles ont des taux de glucose et d'insuline sanguins normaux. Au niveau cérébral, la structure de l'hippocampe n'est pas modifiée par la suppression de GLUT8, cependant, les souris GLUT8-/- présentent une prolifération cellulaire augmentée dans le gyrus denté. Cette augmentation de division cellulaire pourrait être la réponse adaptée à une éventuelle augmentation de la mort cellulaire au niveau de l'hippocampe. Elles ne semblent toutefois pas présenter de défauts cognitifs majeurs dans le bassin de Morris en conditions normales. Toutefois, en conditions de jeûne, elles tendent à une meilleure mémorisation à court terme. Les études morphologiques et histologiques au niveau cardiaque n'ont pas révélé de d'hypertrophie au niveau ventriculaire. La stimulation de la contraction à l'isoprotérénol n'a pas mis en évidence de défaut d'adaptation des coeurs GLUT8-/-. Cependant l'analyse fonctionnelle par électrocardiogramme, en conditions basales, a montré une augmentation de la durée de l'onde P, suggérant un défaut dans la dépolarisation des oreillettes. Nos résultats indiquent que GLUT8 ne joue pas un rôle prédominant dans la survie et la fonction basale des souris. Il pourrait jouer un rôle plus important dans des situations stressantes pour l'organisme, comme l'hypoglycémie ou les conditions d'ischémie qui induiraient son expression à la membrane plasmique et stimuleraient le captage du glucose. Abstract GLUT8 was the first of the recently identified isoform of the GLUT family proteins. It is strongly expressed in the testis. It is also found at a lower level in the blastocyst, in heart and in the brain. Under basal conditions, it is retained in the intracellular compartment, but when the internalization motif dileucine is mutated, GLUT8 translocates to the plasma membrane and transports glucose with a relatively high affinity. To study its function in vivo, we created a conditional knock out mouse model. To do so, we targeted the last exon of the GLUT8 gene with two loxP sites. We then crossed these mice with a transgenic model expressing the cre-recombinase in the gem' line to generate a constitutional total knock out mouse. The statistics made on the first breedings showed that some of the knock out mice do not survive, suggesting a role of GLUT8 in the embryonic development. Conversely mice who survive do not show developmental defects and they are fertile with normal glucose and insulin blood levels. In the brain, the general structure of the hippocampus is not modified by the deletion of GLUT8. However, GLUT8-/- mice show an increase in the cell proliferation in the dentate gyms. This cell proliferation could be due to an increase in the cell death in the hippocampus. When tested in the morris water maze, these mice do not show any cognitive defects in the basal conditions, but they have a tendency to learn better in fasted conditions. The morphological and histological studies made at the heart level did not show any cardiac hypertrophy in the ventricles. The stimulation with isoproterenol did not show any adaptation defects in the GLUT8-/- hearts. However, the functional analysis made in basal conditions with the electrocardiogram showed an increase in the P wave length, suggesting a defect in the atrial depolarization in the knock out mice. Overall, our results show that GLUT8 does not play an important role in the basal general functions in the mice, but might play a more important role during whole organism stress. Hypoglycaemia or ischemia, for example could stimulate the GLUT8 translocation to the plasma membrane to increase specifically glucose uptake. Résumé tout public Les différentes cellules de l'organisme possèdent des propriétés particulières, qui leur permettent de maintenir les fonctions de l'organe auquel elles appartiennent. La membrane plasmique qui les délimite sélectionne les substances qui vont pénétrer à l'intérieur de la cellule et permet ainsi de maintenir un environnement interne constant. Le glucose est une source d'énergie importante pour la cellule et doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la cellule. Il utilise pour cela des protéines de transport qui le feront passer de part et d'autre de la membrane. Les protéines de la famille des GLUT (pour GLUcose Transporter) possèdent cette capacité. GLUT8 est un membre de la famille des GLUT identifié récemment. Il possède la capacité de transporter le glucose quand il se présente à la surface de la cellule. Il est principalement exprimé dans les testicules, dans le coeur et le cerveau et durant le développement embryonnaire. Son rôle n'est toutefois pas encore défini. Ce travail consiste à étudier la fonction de GLUT8 au niveau de l'organisme entier. Nous avons créé un modèle de souris dans lesquelles l'expression de GLUT8 a été supprimée pour mettre en évidence son importance dans le maintien de l'intégrité des fonctions du corps. Les observations effectuées sur les souris qui n'expriment plus GLUT8 nous indiquent que leurs cellules prolifèrent plus vite au niveau de l'hippocampe. L'hippocampe est une structure située dans le cerveau qui est impliquée dans les phénomènes d'apprentissage. Les souris qui ont été testées dans des tâches d'apprentissage n'ont malgré cela pas montré une amélioration de la mémorisation. Dans le coeur, la suppression de GLUT8 semble présenter un défaut quand on mesure l'activité électrique du coeur par électrocardiogramme. Toutefois, ils fonctionnent normalement et ne présentent pas de défauts morphologiques en conditions normales. Les expériences effectuées sur les modèles de souris indiquent que GLUT8 ne jouerait pas un rôle prédominant dans le fonctionnement normal du corps. Il pourrait exercer sa fonction dans des situations plus particulières comme l'hypoglycémie, où il permettrait une meilleure capacité à transporter le glucose dans les cellules.

Physiopathologie du coeur embryonnaire soumis à l'anoxie-réoxygénation: rôle protecteur du NO et des canaux KATP

RESUME Introduction : Dans le coeur adulte, l'ischémie et la reperfusion entraînent des perturbations électriques, mécaniques, biochimiques et structurales qui peuvent causer des dommages réversibles ou irréversibles selon la sévérité de l'ischémie. Malgré les récents progrès en cardiologie et en chirurgie foetales, la connaissance des mécanismes impliqués dans la réponse du myocarde embryonnaire à un stress hypoxique transitoire demeure lacunaire. Le but de ce travail a donc été de caractériser les effets chrono-, dromo- et inotropes de l'anoxie et de la réoxygénation sur un modèle de coeur embryonnaire isolé. D'autre part, les effets du monoxyde d'azote (NO) et de la modulation des canaux KATP mitochondriaux (mito KATP) sur la récupération fonctionnelle postanoxique ont été étudiés. La production myocardique de radicaux d'oxygène (ROS) et l'activité de MAP Kinases (ERK et JNK) impliquées dans la signalisation cellulaire ont également été déterminées. Méthodes : Des coeurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours battant spontanément ont été placés dans une chambre de culture puis soumis à une anoxie de 30 min suivie d'une réoxygénation de 60 min. L'activité électrique (ECG), les contractions de l'oreillette, du ventricule et du conotroncus (détectées par photométrie), la production de ROS (mesure de la fluorescence du DCFH) et l'activité kinase de ERK et JNK dans le ventricule ont été déterminées au cours de l'anoxie et de la réoxygénation. Les coeurs ont été traités avec un bloqueur des NO synthases (L-NAME), un donneur de NO (DETA-NONOate), un activateur (diazoxide) ou un inhibiteur (5-HD) des canaux mitoKATP un inhibiteur non-spécifique des PKC (chélérythrine) ou un piégeur de ROS (MPG). Résultats : L'anoxie et la réoxygénation entraînaient des arythmies (essentiellement d'origine auriculaire) semblables à celles observées chez l'adulte, des troubles de la conduction (blocs auriculo-ventriculaires de 1er, 2ème et 3ème degré) et un ralentissement marqué du couplage excitation-contraction (E-C) ventriculaire. En plus de ces arythmies, la réoxygénation déclenchait le phénomène de Wenckelbach, de rares échappements ventriculaires et une sidération myocardique. Aucune fibrillation, conduction rétrograde ou activité ectopique n'ont été observées. Le NO exogène améliorait la récupération postanoxique du couplage E-C ventriculaire alors que L'inhibition des NOS la ralentissait. L'activation des canaux mito KATP augmentait la production mitochondriale de ROS à la réoxygénation et accélérait la récupération de la conduction (intervalle PR) et du couplage E-C ventriculaire. La protection de ce couplage était abolie par le MPG, la chélérythrine ou le L-NAME. Les fonctions électrique et contractile de tous les coeurs récupéraient après 30-40 min de réoxygénation. L'activité de ERK et de JNK n'était pas modifiée par L'anoxie, mais doublait et quadruplait, respectivement, après 30 min de réoxygénation. Seule l'activité de JNK était diminuée (-60%) par l'activation des canaux mitoKATP. Cet effet inhibiteur était partiellement abolit par le 5-HD. Conclusion: Dans le coeur immature, le couplage E-C ventriculaire semble être un paramètre particulièrement sensible aux conditions d'oxygénation. Sa récupération postanoxique est améliorée par l'ouverture des canaux mitoKATP via une signalisation impliquant les ROS Ies PKC et le NO. Une réduction de l'activité de JNK semble également participer à cette protection. Nos résultats suggèrent que les mitochondries jouent un rôle central dans la modulation des voies de signalisation cellulaire, en particulier lorsque les conditions métaboliques deviennent défavorables. Le coeur embryonnaire isolé représente donc un modèle expérimental utile pour mieux comprendre les mécanismes associés à une hypoxie in utero et pour améliorer les stratégies thérapeutiques en cardiologie et chirurgie foetales. ABSTRACT Physiopathology of the anoxic-reoxygenated embryonic heart: Protective role of NO and KATP channel Aim: In the adult heart, the electrical, mechanical, biochemical and structural disturbances induced by ischemia and reperfusion lead to reversible or irreversible damages depending on the severity and duration of ischemia. In spite of recent advances in fetal cardiology and surgery, little is known regarding the cellular mechanisms involved in hypoxia-induced dysfunction in the developing heart. The aim of this study was to precisely characterize the chrono-, dromo- and inotropic disturbances associated with anoxia-reoxygenation in an embryonic heart model. Furthermore, the roles that nitric oxide (NO), reactive oxygen species (ROS), mitochondrial KATP, (mito KATP) channel and MAP Kinases could play in the stressed developing heart have been investigated. Methods: Embryonic chick hearts (4-day-old) were isolated and submitted in vitro to 30 min anoxia followed by 60 min reoxygenation. Electrical (ECG) and contractile activities of atria, ventricle and conotruncus (photometric detection), ROS production (DCFH fluorescence) and ERK and JNK activity were determined in the ventricle throughout anoxia-reoxygenation. Hearts were treated with NO synthase inhibitor (L-NAME), NO donor (DETA-NONOate), mitoKATP channel opener (diazoxide) or blocket (5-HD), PKC inhibitor (chelerythrine) and ROS scavenger (MPG). Results: Anoxia and reoxygenation provoked arrhythxnias (mainly originating from atrial region), troubles of conduction (st, 2nd, and 3rd degree atrio-ventricular blocks) and disturbances of excitation-contraction (E-C) coupling. In addition to these types of arrhythmias, reoxygenation triggered Wenckebach phenomenon and rare ventricular escape beats. No fibrillations, no ventricular ectopic beats and no electromechanical dissociation were observed. Myocardial stunning was observed during the first 30 min of reoxygenation. All hearts fully recovered their electrical and mechanical functions after 30-40 min of reoxygenation. Exogenous NO improved while NOS inhibition delayed E-C coupling recovery. Mito KATP, channel opening increased reoxygenation-induced ROS production and improved E-C coupling and conduction (PR) recovery. MPG, chelerythrine or L-NAME reversed this effect. Reoxygenation increased ERK and JNK activities land 4-fold, respectively, while anoxia had no effect. MitoKATP channel opening abolished the reoxygenation-induced activation of JNK but had no effect on ERK activity. This inhibitory effect was partly reversed by mitoKATP channel blocker but not by MPG. Conclusion: In the developing heart, ventricular E-C coupling was found to be specially sensitive to hypoxia-reoxygenation and its postanoxic recovery was improved by mitoKATP channel activation via a ROS-, PKC- and NO-dependent pathway. JNK inhibition appears to be involved in this protection. Thus, mitochondria can play a pivotal role in the cellular signalling pathways, notably under critical metabolic conditions. The model of isolated embryonic heart appears to be useful to better understand the mechanisms underlying the myocardial dysfunction induced by an in utero hypoxia and to improve therapeutic strategies in fetal cardiology and surgery.

Controlling cytokinesis in the fission yeast Schizosaccharomyces pombe : the role of dma1; and ubc8

ABSTRACT The fission yeast Schizosaccharomyces pombe is a single celled eukaryote that has proved to be an excellent model system for the study of cell cycle control. S. pombe cells are rod shaped and grow mainly by elongation at their tips. They divide by formation of medially-placed cell wall, or septum, which cleaves the cell in two. Once the cell commits itself to mitosis the site of division is determined by formation of an acto-myosin based contractile ring at the cell cortex. The ring is assembled in stages throughout mitosis and contracts at the end of anaphase, coincident with spindle disassembly. The contraction, but not the assembly, of the ring requires the signal transduction network called the septation initiation network or SIN. The core components of the SIN are three protein kinases (cdc7p, sidl p and sid2p) and their regulatory subunits (spg1 p, cdcl4p and moblp, respectively). Signalling is dependent upon the nucleotide status of the GTPase spgl p, which is regulated by a two-component GAP protein, cdc16p-byr4p. Signalling is thought to emanate from the spindle pole body, where core SIN components are anchored to a scaffold comprised of sid4p and cdc11p. Activation of the SIN requires the protein kinase plolp, which also has additional roles in mitosis. SIN signalling is tightly regulated to assure the proper co-ordination of mitosis and cytokinesis. Ectopic activation of the SIN in interphase can uncouple septum formation from mitosis, while deregulated SIN signalling leads to formation of cells with multiple septa that do not cleave. Regulators of SIN activity are therefore of considerable interest. This study has concentrated upon two of these, dma1 and ubc8. I have demonstrated that dmal becomes essential when SIN signalling is activated. This leads me to propose a tripartite model for regulation of the SIN during the mitotic cell cycle. Increased expression of dma1 inhibits SIN signalling and prevents cell division. To identify potential targets and mediators of this, multicopy suppressors of dma1 toxicity were identified. One of these, ubc8, is the subject of this thesis. Genetic and molecular analyses are consistent with the view that ubc8p acts as an inhibitor of the SIN Localisation of ubc8p indicates that it is a nuclear protein. The ubc8 gene is not essential, but in its absence cells are unable to prevent septum formation if progression through mitosis is impaired. These data suggest that it may be an effector of the spindle assembly checkpoint. Together, these data shed new light upon the mechanisms by which cytokinesis is regulated in S. pombe. RESUME La levure Schizosaccharomyces pombe est un eucaryote unicellulaire qui est un bon système d'étude du cycle cellulaire. Les cellules de S. pombe sont en forme de bâtonnets et poussent par allongement aux deux bouts. Elles se divisent en formant une paroi au milieu de la cellule, qui s'appelle un septum et qui sépare la cellule en deux. Une fois que la cellule est engagée dans la mitose, le site de clivage est déterminé par la formation d'un anneau contractile d'acto-myosine au niveau du cortex cellulaire. Cet anneau est séquentiellement assemblé au cours de la mitose et se contacte à la fin de l'anaphase, au moment où le fuseau mitotique et désassemblé. La contraction, mais non pas l'assemblage, de l'anneau dépend d'un réseau de signalisation appelé septation initiation netvvork' ou SIN. Les composants centraux du SIN sont trois kinases (cdc7, sidi et sid2) ainsi que leurs sous-unités régulatrices (spgl, cdc14 et mob1, respectivement). La signalisation dépend du nucléotide rattaché à la GTPase spgl qui est régulée par une GAP comprenant deux sous-unités cdc16 et byr4. La signalisation est présumée provenir du pôle du fuseau où les composants centraux du SIN sont ancrés grâce à un échafaudage comprenant sid4 et cdcl 1. La signalisation est étroitement régulée pour assurer une bonne coordination entre mitose et cytokinèse. Une activation ectopique du SIN en interphase peut découpler la formation du septum de la mitose, engendrant des cellules à multiples septa qui ne sont pas clivés. C'est pourquoi les régulateurs du SIN sont d'un intérêt considérable. Cette étude se concentre autour de deux ces régulateurs, dma1 et ubc8. J'ai montré que dma1 devient essentiel quand la signalisation du SIN est activée. Ceci m'amène à proposer un modèle en trois parties pour la régulation du SIN durant la mitose. Une expression élevée de dma1 inhibe la signalisation du SIN et empêche la division cellulaire. Afin d'identifier des substrats ou médiateurs potentiels de la toxicité de dma1, des supresseurs en copies multiples ont été identifiés. Un de ces supresseurs, ubc8, constitue le deuxième sujet de cette thèse. Les études génétiques et moléculaires suggèrent un rôle inhibiteur du SIN par ubc8. Ubc8p est une protéine nucléaire, non essentielle, mais en son absence les cellules ne peuvent pas restreindre la fomation du septum, lorsque la progression de la mitose est perturbée. Les données suggèrent que ubc8 pourrait être un effecteur de point de contrôle de l'assemblage du fuseau mitotique. Prises dans leur ensemble, ces données apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes de régulation de la cytokinèse dans S. pombe.

N-cadherin is essential for retinoic acid-mediated cardiomyogenic differentiation in mouse embryonic stem cells.

Contraction forces developed by cardiomyocytes are transmitted across the plasma membrane through end-to-end connections between the myocytes, called intercalated disks, which enable the coordinated contraction of heart muscle. A component of the intercalated disk, the adherens junction, consists of the cell adhesion molecule, N-cadherin. Embryos lacking N-cadherin die at mid-gestation from cardiovascular abnormalities. We have evaluated the role of N-cadherin in cardiomyogenesis using N-cadherin-null mouse embryonic stem (ES) cells grown as embryoid bodies (EBs) in vitro. Myofibrillogenesis, the spatial orientation of myofibers, and intercellular contacts including desmosomes were normal in N-cadherin-null ES cell-derived cardiomyocytes. The effect of retinoic acid (RA), a stage and dose-dependent cardiogenic factor, was assessed in differentiating ES cells. all-trans (at) RA increased the number of ES cell-derived cardiomyocytes by approximately 3-fold (at 3 x 10(-9) M) in wt EBs. However, this effect was lost in N-cadherin-null EBs. In the presence of supplemented at-RA, the emergence of spontaneously beating cardiomyocytes appeared to be delayed and slightly less efficient in N-cadherin-null compared with wt and heterozygous EBs (frequencies of EBs with beating activity at 5 days: 54+/-18% vs. 96+/-0.5%, and 93+/-7%, respectively; peak frequencies of EBs with beating activity: 83+/-8% vs. 96+/-0.5% and 100%, respectively). In conclusion, cardiomyoyctes differentiating from N-cadherin-null ES cells in vitro show normal myofibrillogenesis and intercellular contacts, but impaired responses to early cardiogenic effects mediated by at-RA. These results suggest that N-cadherin may be essential for RA-induced cardiomyogenesis in mouse ES cells in vitro.

Response of embryonic heart to hypoxia and reoxygenation: an in vitro model

OBJECTIVES: To define properly the consequences of oxygen deprivation and readmission for the functioning of the developing heart. METHODS: Spontaneously beating hearts excised from three-day-old chick embryos were loaded with a drop of viscous nontoxic silicone oil and cultured in a special chamber in which variations of PO2 at the tissue level could be strictly controlled. All parts of the hearts were simultaneously submitted to identical changes in PO2. Instantaneous heart rate, myocardial shortening, velocities of contraction and relaxation, and mechanical propagation along the heart tube were determined photometrically. RESULTS: The hearts, submitted to a PO2 ramp (0 to 9.3 kPa) or absolute anoxia, reacted rapidly, reversibly and reproducibly. Under sustained anoxia, ventricular activity stopped after 3.8±0.7 mins (n=4) and then resumed intermittently in the form of tachycardic bursts. Brief anoxia (1 min) provoked tachycardia followed by bradycardia, induced contracture, depressed contractility and retarded atrioventricular propagation. Upon reoxygenation, ventricular contractions ceased suddently for 20±11 s (n=5), whereas a residual atrial activity could persist. The duration of this arrest and the rate of recovery depended on duration of the preceding anoxia. Such a dysfunction constitutes the embryonic analogue of the oxygen paradox observed in adult hearts. Initial impulses, including arrhythmic activity, originated exclusively from the atrium, and no ventricular ectopic beats were detected whatever the conditions of oxygenation. CONCLUSIONS: This in vitro model seems promising for studying the pathophysiological mechanisms associated with hypoxia and reoxygenation in the developing heart.

Intrinsically photosensitive retinal ganglion cell function in relation to age: a pupillometric study in humans with special reference to the age-related optic properties of the lens.

BACKGROUND: The activity of melanopsin containing intrinsically photosensitive ganglion retinal cells (ipRGC) can be assessed by a means of pupil responses to bright blue (appr.480 nm) light. Due to age related factors in the eye, particularly, structural changes of the lens, less light reaches retina. The aim of this study was to examine how age and in vivo measured lens transmission of blue light might affect pupil light responses, in particular, mediated by the ipRGC. METHODS: Consensual pupil responses were explored in 44 healthy subjects aged between 26 and 68 years. A pupil response was recorded to a continuous 20 s light stimulus of 660 nm (red) or 470 nm (blue) both at 300 cd/m2 intensity (14.9 and 14.8 log photons/cm2/s, respectively). Additional recordings were performed using four 470 nm stimulus intensities of 3, 30, 100 and 300 cd/m2. The baseline pupil size was measured in darkness and results were adjusted for the baseline pupil and gender. The main outcome parameters were maximal and sustained pupil contraction amplitudes and the postillumination response assessed as area under the curve (AUC) over two time-windows: early (0-10 s after light termination) and late (10-30 s after light termination). Lens transmission was measured with an ocular fluorometer. RESULTS: The sustained pupil contraction and the early poststimulus AUC correlated positively with age (p=0.02, p=0.0014, respectively) for the blue light stimulus condition only.The maximal pupil contraction amplitude did not correlate to age either for bright blue or red light stimulus conditions.Lens transmission decreased linearly with age (p<0.0001). The pupil response was stable or increased with decreasing transmission, though only significantly for the early poststimulus AUC to 300 cd/m2 light (p=0.02). CONCLUSIONS: Age did not reduce, but rather enhance pupil responses mediated by ipRGC. The age related decrease of blue light transmission led to similar results, however, the effect of age was greater on these pupil responses than that of the lens transmission. Thus there must be other age related factors such as lens scatter and/or adaptive processes influencing the ipRGC mediated pupil response enhancement observed with advancing age.

Postischemic recovery of heart metabolism and function: role of mitochondrial fatty acid transfer.

Postischemic recovery of contractile function is better in hearts from fasted rats than in hearts from fed rats. In this study, we examined whether feeding-induced inhibition of palmitate oxidation at the level of carnitine palmitoyl transferase I is involved in the mechanism underlying impaired recovery of contractile function. Hearts isolated from fasted or fed rats were submitted to no-flow ischemia followed by reperfusion with buffer containing 8 mM glucose and either 0.4 mM palmitate or 0.8 mM octanoate. During reperfusion, oxidation of palmitate was higher after fasting than after feeding, whereas oxidation of octanoate was not influenced by the nutritional state. In the presence of palmitate, recovery of left ventricular developed pressure was better in hearts from fasted rats. Substitution of octanoate for palmitate during reperfusion enhanced recovery of left ventricular developed pressure in hearts from fed rats. However, the chain length of the fatty acid did not influence diastolic contracture. The results suggest that nutritional variation of mitochondrial fatty acid transfer may influence postischemic recovery of contractile function.

Alteration in neuromuscular function after a 5 km running time trial

The aim of this study was to characterize the effect of a 5 km running time trial on the neuromuscular properties of the plantar flexors. Eleven well-trained triathletes performed a series of neuromuscular tests before and immediately after the run on a 200 m indoor track. Muscle activation (twitch interpolation) and normalized EMG activity were assessed during maximal voluntary contraction (MVC) of plantar flexors. Maximal soleus H-reflexes and M-waves were evoked at rest (i.e. H (MAX) and M (MAX), respectively) and during MVC (i.e. H (SUP) and M (SUP), respectively). MVC significantly declined (-27%; P < 0.001) after the run, due to decrease in muscle activation (-8%; P < 0.05) and M (MAX)-normalized EMG activity (-13%; P < 0.05). Significant reductions in M-wave amplitudes (M (MAX): -13% and M (SUP): -16%; P < 0.05) as well as H (MAX)/M (MAX) (-37%; P < 0.01) and H (SUP)/M (SUP) (-25%; P < 0.05) ratios occurred with fatigue. Following exercise, the single twitch was characterized by lower peak torque (-16%; P < 0.001) as well as shorter contraction (-19%; P < 0.001) and half-relaxation (-24%; P < 0.001) times. In conclusion, the reduction in plantar flexors strength induced by a 5 km running time trial is caused by peripheral adjustments, which are attributable to a failure of the neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling. Fatigue also decreased the magnitude of efferent motor outflow from spinal motor neurons to the plantar flexors and part of this suboptimal neural drive is the result of an inhibition of soleus motoneuron pool reflex excitability.

The Ca(V)3.3 calcium channel is the major sleep spindle pacemaker in thalamus.

Low-threshold (T-type) Ca(2+) channels encoded by the Ca(V)3 genes endow neurons with oscillatory properties that underlie slow waves characteristic of the non-rapid eye movement (NREM) sleep EEG. Three Ca(V)3 channel subtypes are expressed in the thalamocortical (TC) system, but their respective roles for the sleep EEG are unclear. Ca(V)3.3 protein is expressed abundantly in the nucleus reticularis thalami (nRt), an essential oscillatory burst generator. We report the characterization of a transgenic Ca(V)3.3(-/-) mouse line and demonstrate that Ca(V)3.3 channels are indispensable for nRt function and for sleep spindles, a hallmark of natural sleep. The absence of Ca(V)3.3 channels prevented oscillatory bursting in the low-frequency (4-10 Hz) range in nRt cells but spared tonic discharge. In contrast, adjacent TC neurons expressing Ca(V)3.1 channels retained low-threshold bursts. Nevertheless, the generation of synchronized thalamic network oscillations underlying sleep-spindle waves was weakened markedly because of the reduced inhibition of TC neurons via nRt cells. T currents in Ca(V)3.3(-/-) mice were <30% compared with those in WT mice, and the remaining current, carried by Ca(V)3.2 channels, generated dendritic [Ca(2+)](i) signals insufficient to provoke oscillatory bursting that arises from interplay with Ca(2+)-dependent small conductance-type 2 K(+) channels. Finally, naturally sleeping Ca(V)3.3(-/-) mice showed a selective reduction in the power density of the σ frequency band (10-12 Hz) at transitions from NREM to REM sleep, with other EEG waves remaining unaltered. Together, these data identify a central role for Ca(V)3.3 channels in the rhythmogenic properties of the sleep-spindle generator and provide a molecular target to elucidate the roles of sleep spindles for brain function and development.

La revascularisation transmyocardique au laser--un risque potentiel en condition aiguë [Laser transmyocardial revascularization--a potential risk in an acute situation?]

Morphological and functional effects of transmyocardial laser revascularization (TMLR) are analyzed in an acute setting on a porcine model. Ten channels were drilled in the left lateral wall of the heart of 15 pigs (mean weight, 73 +/- 4 kg) with a Holmium-YAG laser (wavelength: 2.1 mu, probe diameter: 1.75 mm). Echocardiographic control was performed before the TMLR procedure as well as 5 min and 30 min thereafter. Echocardiographic parameters were recorded in short-axis at the level of the laser channels, and included left ventricular ejection fraction, fractional shortening and segmental wall motility of the channels' area (scale 0-3: 0 = normal, 1 = hypokinesia, 2 = akinesia, 3 = dyskinesia). After sacrifice the lased region was sliced perpendicularly to the channels for histological and morphometrical analysis. Five minutes after the drilling of the channels, all the echocardiographic index worsened significantly in comparison with baseline values (p < 0.01). All recovered after 30 min and showed no difference with baseline values. Cross-section of the channel lesions measured 8.8 +/- 2.4 mm2 which is more than three times that of the probe (p < 0.01). In acute conditions, the lesions due to the TMLR probe are significantly larger than the probe itself and cause a transient drop of the segmental wall motility on a healthy myocardium. These results suggest that TMLR should be used cautiously in the clinical setting for patients with an impaired ventricular function.

Positive and negative regulation of cellular immune responses in physiologic conditions and diseases.

The immune system has evolved to allow robust responses against pathogens while avoiding autoimmunity. This is notably enabled by stimulatory and inhibitory signals which contribute to the regulation of immune responses. In the presence of a pathogen, a specific and effective immune response must be induced and this leads to antigen-specific T-cell proliferation, cytokines production, and induction of T-cell differentiation toward an effector phenotype. After clearance or control of the pathogen, the effector immune response must be terminated in order to avoid tissue damage and chronic inflammation and this process involves coinhibitory molecules. When the immune system fails to eliminate or control the pathogen, continuous stimulation of T cells prevents the full contraction and leads to the functional exhaustion of effector T cells. Several evidences both in vitro and in vivo suggest that this anergic state can be reverted by blocking the interactions between coinhibitory molecules and their ligands. The potential to revert exhausted or inactivated T-cell responses following selective blocking of their function made these markers interesting targets for therapeutic interventions in patients with persistent viral infections or cancer.