Control of transepithelial Na+ transport and Na-K-ATPase by oxytocin and aldosterone.

Short- and long-term effect of oxytocin on Na+ transport and Na-K-ATPase biosynthesis in the toad bladder, and the potential interaction of this hormone with aldosterone have been studied, leading to the following observations. An early Na+ transport response (oxytocin, 50 mU/ml) peaked at 10-15 min of hormone addition. At maximal stimulation a three- to fourfold increase in Na+ transport was observed, a sustained Na+ transport response (about two-fold control base line) was observed as long as the hormone was present in the medium and for up to 20 h of incubation. Pretreatment for 30 min with actinomycin D (2 micrograms/ml) did not inhibit the early response, but significantly impaired the sustained response, suggesting that de novo protein synthesis was required. The simultaneous addition of the two hormones led within 60 min to a marked potentiation of the action on Na+ transport. This synergism could be mimicked by exogenous cyclic adenosine monophosphate (cAMP). Oxytocin alone (18 h exposure, 50 mU/ml) increased the relative rate of synthesis of both alpha and beta subunits of Na-K-ATPase (1.9- and 1.6-fold, respectively; P less than 0.05), whereas aldosterone (80 nM) increased the relative rate of synthesis of the same subunits (2.6- and 2.2-fold, respectively; P less than 0.02). Finally, in contrast to what was observed at the physiological level, the interaction of oxytocin and aldosterone did not lead to a similar potentiation at the biochemical level, i.e., induction of Na-K-ATPase biosynthesis (2.7- and 2.9-fold, for alpha and beta subunits, respectively; P less than 0.025).

Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Evaluation of uptake and transport of ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles by human brain-derived endothelial cells.

Aim: Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO-NPs) are under development for imaging and drug delivery; however, their interaction with human blood-brain barrier models is not known. Materials & Methods: The uptake, reactive oxygen species production and transport of USPIO-NPs across human brain-derived endothelial cells as models of the blood-brain tumor barrier were evaluated for either uncoated, oleic acid-coated or polyvinylamine-coated USPIO-NPs. Results: Reactive oxygen species production was observed for oleic acid-coated and polyvinylamine-coated USPIO-NPs. The uptake and intracellular localization of the iron oxide core of the USPIO-NPs was confirmed by transmission electron microscopy. However, while the uptake of these USPIO-NPs by cells was observed, they were neither released by nor transported across these cells even in the presence of an external dynamic magnetic field. Conclusion: USPIO-NP-loaded filopodia were observed to invade the polyester membrane, suggesting that they can be transported by migrating angiogenic brain-derived endothelial cells.

Differences in glucose transporter gene expression between rat pancreatic alpha- and beta-cells are correlated to differences in glucose transport but not in glucose utilization.

Glucose exerts inverse effects upon the secretory function of islet alpha- and beta-cells, suppressing glucagon release and increasing insulin release. This diverse action may result from differences in glucose transport and metabolism between the two cell types. The present study compares glucose transport in rat alpha- and beta-cells. beta-Cells transcribed GLUT2 and, to a lesser extent, GLUT 1; alpha-cells contained GLUT1 but no GLUT2 mRNA. No other GLUT-like sequences were found among cDNAs from alpha- or beta-cells. Both cell types expressed 43-kDa GLUT1 protein which was enhanced by culture. The 62-kDa beta-cell GLUT2 protein was converted to a 58-kDa protein after trypsin treatment of the cells without detectable consequences upon glucose transport kinetics. In beta-cells, the rates of glucose transport were 10-fold higher than in alpha-cells. In both cell types, glucose uptake exceeded the rates of glucose utilization by a factor of 10 or more. Glycolytic flux, measured as D-[5(3)H]glucose utilization, was comparable in alpha- and beta-cells between 1 and 10 mmol/liter substrate. In conclusion, differences in glucose transporter gene expression between alpha- and beta-cells can be correlated with differences in glucose transport kinetics but not with different glucose utilization rates.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

ENaC-mediated alveolar fluid clearance and lung fluid balance depend on the channel-activating protease 1.

Sodium transport via epithelial sodium channels (ENaC) expressed in alveolar epithelial cells (AEC) provides the driving force for removal of fluid from the alveolar space. The membrane-bound channel-activating protease 1 (CAP1/Prss8) activates ENaC in vitro in various expression systems. To study the role of CAP1/Prss8 in alveolar sodium transport and lung fluid balance in vivo, we generated mice lacking CAP1/Prss8 in the alveolar epithelium using conditional Cre-loxP-mediated recombination. Deficiency of CAP1/Prss8 in AEC induced in vitro a 40% decrease in ENaC-mediated sodium currents. Sodium-driven alveolar fluid clearance (AFC) was reduced in CAP1/Prss8-deficient mice, due to a 48% decrease in amiloride-sensitive clearance, and was less sensitive to beta(2)-agonist treatment. Intra-alveolar treatment with neutrophil elastase, a soluble serine protease activating ENaC at the cell surface, fully restored basal AFC and the stimulation by beta(2)-agonists. Finally, acute volume-overload increased alveolar lining fluid volume in CAP1/Prss8-deficient mice. This study reveals that CAP1 plays a crucial role in the regulation of ENaC-mediated alveolar sodium and water transport and in mouse lung fluid balance.

Radiolarian biochronology and Pacific origin of Jurassic-Cretaceous oceanic terranes in Costa Rica and Puerto Rico

AbstractAs demonstrated during several recent geological conferences, there is still a large debate concerning the origins of the Mesozoic oceanic remnants on the Caribbean Plate. The geodynamic models describing the Mesozoic history of the Caribbean realm can be divided into two main categories based on the origin of the Caribbean Plate: 1) An in situ origin between the Americas; 2) A Pacific origin and an eastward transport relative to the Americas. The study of the ribbon-bedded radiolarite is a key in determining the origins of associated Mesozoic oceanic terranes and may help to achieve a general agreement regarding the basic principles on the evolution of the Caribbean Plate. The Early Jurassic to early Late Cretaceous Bermeja Complex of Puerto Rico, witch contains serpentinized peridotite, altered basalt, amphibolite, and chert (Mariquita Chert Formation), and the contemporaneous Santa Rosa Accretionary Complex, which crops out in several half-windows along the south shores of the Santa Elena Peninsula in northwestern Costa Rica, are two of these little-known and crucial ophiolitic mélanges. The Manzanillo and Matambú fore-arc Terranes of the Nicoya Peninsula in the northwestern Costa Rica, which contain Late Cretaceous to Early Paleogene radiolarian-bearing siliceous mudstones and cherts associated with arc-derived mafic to intermediate volcaniclastics, bring important information on the history of the western active margin of the Caribbean Plate. A systematic radiolarian study of these three regions is presented herein in three different articles.The radiolarian biochronology of the Mariquita Chert Formation of the Bermeja Complex presented in this work indicate an early Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Bajocian-early Callovian to middle Albian-middle Cenomanian) age for the Mariquita Chert Formation. The illustrated assemblages contain 150 species, of which 3 are new (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense, and L. boricus), and belonging to 59 genera. A review of the previous radiolarian published works on this formation and the results of this study suggest that the Bermeja Complex ranges in age from Middle Jurassic to early Late Cretaceous (late Aalenian to middle Cenomanian) and also reveal a possible feature of the complex, which is the youngling of radiolarian cherts from north to south, evoking a polarity of accretion. On the basis of a currently exhaustive inventory of the ribbonbedded radiolaritic facies on the Caribbean Plate, a re-examination of the distribution of Middle Jurassic sediments associated with oceanic crust from the Caribbean realm, and a paleoceanographical argumentation on the water currents, we come to the conclusion that the radiolarite and associated Mesozoic oceanic terranes of the Caribbean Plate are of Pacific origin. The previous argument for a Pacific origin of the Bermeja Complex presented by Montgomery et al. (1994a), based on their radiolarian age and their estimation of the oldest Proto-Caribbean oceanic crust, is nowadays seriously questionable, owing to the recent progresses in radiolarian biostratigraphy and new discoveries on the age of the first oceanic crust spreading between the Americas. Furthermore, we interpret the radiolarian Parvicingulidae-rich assemblages in the low-latitude Caribbean context as potential indicators of upwelling or land nutrients inputs, instead of indicators of paleolatitudes,as firstly stated by Pessagno and Blome (1986). Eventually, a discussion on the origin of the cherts of the Mariquita Formation illustrated by Middle Jurassic to middle Cretaceous geodynamic models of the Pacific and Caribbean realms bring up the possibility that the rocks of the Bermeja Complex are remnants of two different oceans.The Santa Rosa Accretionary Complex contains various oceanic assemblages of alkaline basalt, radiolarite and polymictic breccias. The radiolarian biochronology (19 illustrated assemblages, 232 species belonging to 63 genera) presented in this work indicate an Early Jurassic to early Late Cretaceous (early Pliensbachian to earliest Turonian) age for the sediments associated with oceanic basalts or recovered from blocks in breccias or megabreccias from the Santa Rosa Accretionary Complex. This study brings to light the Early Jurassic age of a sequence of ribbon-bedded radiolarite, which was previously thought to be of Cretaceous age, intruded by alkaline basalts sills. The presence of Early Jurassic large reworked blocks of radiolarite in a polymictic megabreccia, firstly reported by De Wever et al. (1985) is confirmed. Therefore, the alkaline basalt associated with these radiolarites could be of Jurassic age. In the Carrizal tectonic window, Middle Jurassic radiolarian chert blocks and Early Cretaceous brick-red ribbon-bedded radiolarites overlying pillow basalts are interpreted as fragments of a Middle Jurassic oceanic basement accreted to an Early Cretaceous oceanic plate, in an intra-oceanic subduction context. Whereas, knobby radiolarites and black shale at Playa Carrizal are indicative of a shallower middle Cretaceous paleoenvironment. Other younger oceanic remnants documented the rapid approach of the site of sedimentation to a subduction trench during the late Early Cretaceous (AlbianCenomanian), maybe early Late Cretaceous (Turonian).In total, 60 species belonging to 34 genera were present in relatively well-preserved radiolarian faunas from volcaniclastics and associated pelagic and hemipelagic rocks of the Matambú and Manzanillo terranes, ranging in age from Late Cretaceous to Early Paleogene (middle Turonian-Santonian to late Thanetian-Ypresian). This study shows that radiolarians can provide significant biostratigraphic control in the Nicoya Peninsula where very similar lithologies of different ages are present. Two radiolarian samples directly date the Berrugate Formation for the first time (middle Turonian-Santonian and Coniacian-Santonian). These ages allow to determine a volcanic arc activity on the western edge of the future Caribbean Plate at least since the Santonian that could have lasted through the middle Turonian-early Campanian interval by stratigraphic superposition. Moreover on the basis of these radiolarian ages, the Loma Chumico Formation of Albian age, and the Berrugate Formation of middle Turonian-early Maastrichtian age, can now be clearly differentiated. Two samples from the Sabana Grande Formation give a Coniacian-Santonian age and a Coniacian-Campanian age and indicate that there is a stratigraphic gap of ~10 million years between this formation and the underlying Albian Loma Chumico Formation.RésuméComme cela a pu se vérifier à plusieurs reprises lors de conférences géologiques récentes, le débat sur l'origine des terrains océaniques mésozoïques de la Plaque Caraïbes est toujours d'actualité. Les modèles géodynamiques décrivant l'histoire de la région caraïbes peuvent être classés en deux catégories basées sur l'origine de la Plaque Caraïbes : 1) Une origine in situ entre les Amériques ; 2) Une origine Pacifique et un transport vers l'est, par rapport aux Amériques. L'étude des radiolarites rubanées est capitale pour la détermination de l'origine des terrains océaniques allochtones du Mésozoïque et peut être utile pour parvenir à un compromis général concernant les principes basiques de l'évolution de la Plaque Caraïbes. Le complexe de Bermeja à Porto Rico qui est constitué de péridotites serpentinisées, de basaltes altérés, d'amphibolites et de cherts (Formation des Cherts de Mariquita), et le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa qui affleure dans plusieurs demi-fenêtres tectoniques au sud de la Péninsule de Santa Elena au nord-ouest du Costa Rica sont deux de ces mélanges ophiolitiques peu décrits et déterminants. Les terrains de fore-arc de Manzanillo et de Matambu dans la Péninsule de Nicoya au nord-ouest du Costa Rica qui sont composés de calcaires siliceux et de cherts riches en radiolaires associés à du matériel volcanique d'arc mafique à intermédiaire, apportent d'importantes informations sur l'histoire de la marge active occidentale de la Plaque Caraïbe. Une étude systématique des radiolaires de ces trois régions est présentée dans ce travail sous forme de trois articles.La biochronologie des radiolaires de la Formation des Cherts de Mariquita du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa présentée dans ce travail indique un âge Jurassique Moyen inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Bajocien supérieur-Callovien inférieur à Albien moyen-Cénomanien moyen) pour la Formation des Cherts de Mariquita. Les assemblages illustrés contiennent 150 espèces, parmis lesquelles 3 sont nouvelles (Pantanellium karinae, Loopus bermejaense et L. boricus), et appartenant à 59 genres différents. Une révision des travaux publiés précédemment sur les radiolaires de cette formation, ainsi que les résultats de cette étude suggèrent que le Complexe de Bermeja a un âge allant du Jurassique moyen au Crétacé Supérieur inférieur (Aalénien supérieur à Cénomanien moyen) et révèle aussi une caractéristique éventuelle du complexe qui est le rajeunissement des radiolarites du nord au sud, évoquant une polarité d'accrétion. Sur la base d'un inventaire actuellement exhaustif du facies radiolaritique rubané sur la Plaque Caraïbes, d'un nouvel examen de la distribution globale des sédiments du Jurassique Moyen associés à de la croûte océanique et d'une argumentation paléocéanographique sur les courants, nous arrivons à la conclusion que les radiolarites et les unités tectoniques océaniques du Mésozoïque associées de la Plaque Caraïbes sont d'origine pacifique. L'argument antérieur pour une origine pacifique du Complexe de Bermeja présenté par Montgomery et al. (1994a), basé sur leur âge à radiolaire et leur estimation de l'âge de la plus vieille croûte océanique des Proto-Caraïbes, est sérieusement remis en question aujourd'hui, en raison des progrès récents de la biostratigraphie des radiolaires et des nouvelles découvertes concernant l'âge du début de l'océanisation entre les Amériques. En outre, dans le contexte de basses latitudes des Caraïbes, nous interprétons les assemblages à radiolaires riches en Parvicingulidae comme étant des indicateurs potentiels d'apports en nutriments des zones d'uppwelling ou des terres, plutôt que des indicateurs de paléolatitudes, comme exposer pour la première fois par Pessagno et Blome (1986). Finalement, une discussion sur l'origine des cherts de la Formation de Mariquita illustrée par des modèles géodynamiques du Jurassique Moyen au Crétacé moyen des régions pacifique et caraïbes, fait poindre la possibilité que les roches du Complexe de Bermeja proviennent de deux océans différents.Le Complexe d'Accrétion de Santa Rosa contient plusieurs assemblages océaniques différents de basaltes alcalins, radiolarites et brèches polymictes. La biochronologie des radiolaires (19 assemblages illustrés, 232 espèces appartenant à 63 genres) présentée dans ce second travail indique un âge Jurassique Inférieur à Crétacé Supérieur inférieur (Pliensbachien inférieur à Turonien initial) pour les sédiments associés aux basaltes océaniques ou provenant de blocs dans des brèches ou des mégabrèches du Complexe d'Accrétion de Santa Rosa. Cette étude met en évidence l'âge Jurassique Inférieur d'une séquence de radiolarites rubanées entrecoupée de sills de basaltes alcalins, dont l'âge estimé était précédemment le Crétacé.La présence de blocs plurimétriques de radiolarites d'âge Jurassique Inférieur remaniés dans une mégabrèche polymicte, dont la présence avait été signalée par De Wever et al. (1985), est confirmée. Par conséquent, les basaltes alcalins associés à ces radiolarites pourraient aussi être d'âge Jurassique. Dans la fenêtre tectonique de Carrizal, des blocs de radiolarites d'âge Jurassique Moyen et des radiolarites du Crétacé Inférieur recouvrant des basaltes en coussins sont interprétés comme des fragments d'une croûte océanique d'âge Jurassique Moyen accrétés à une plaque océanique d'âge Crétacé Inférieur, dans un contexte de subduction intra-océanique. Alors que dans la même zone, les radiolarites « noueuses » et les argiles noires associées sont interprétées comme des indicateurs d'un milieu peu profond au Crétacé. D'autres fragments océaniques plus jeunes documentent une approche rapide du lieu de sédimentation vers une fosse de subduction pendant le Crétacé Inférieur supérieur (Albien-Cénomanien), peut-être Crétacé Supérieur (Turonien).Au total, 60 espèces appartenant à 34 genres ont été déterminées à partir de faunes à radiolaires relativement bien préservées, extraites de roches volcanoclastiques et pélagiques à hémipélagiques associées, provenant des terrains de Matambu et Manzanillo et ayant des âges compris entre le Crétacé Supérieur et le Paléogène Inférieur (Turonien moyen-Santonien à Thanétien supérieur-Yprésien). Cette étude montre que les radiolaires peuvent fournir un contrôle stratigraphique significatif dans la Péninsule de Nicoya, où des lithologies similaires, mais d'âges différents sont présentes. Deux échantillons à radiolaires permettent de dater la Formation de Berrugate pour la première fois (Turonien moyen-Santonien et Coniacien-Santonien). Ces âges permettent d'établir une activité volcanique d'arc le long de la marge occidentale de la futur Plaque Caraïbes au moins depuis le Santonien et qui pourrait avoir durée jusqu'au Turonien moyen-Campanien inférieur. De plus, sur la base de ces âges à radiolaires, la Formation de Loma Chumico d'âge Albien, et la Formation de Berrugate d'âge Turonien moyen-Maastrichtien inférieur, peuvent maintenant être différenciées. Deux échantillons de la Formation de Sabana Grande donnent des âges Coniacien-Santonien et Coniacien-Campanien et indiquent qu'il existe une lacune stratigraphique d'environ 10 millions d'années entre cette formation et la Formation de Loma Chumico sous-jacente d'âge Albien.

Regulation by aldosterone of Na+,K+-ATPase mRNAs, protein synthesis, and sodium transport in cultured kidney cells.

Transepithelial Na+ reabsorption across tight epithelia is regulated by aldosterone. Mineralocorticoids modulate the expression of a number of proteins. Na+,K+-ATPase has been identified as an aldosterone-induced protein (Geering, K., M. Girardet, C. Bron, J. P. Kraehenbuhl, and B. C. Rossier, 1982, J. Biol. Chem., 257:10338-10343). Using A6 cells (kidney of Xenopus laevis) grown on filters we demonstrated by Northern blot analysis that the induction of Na+,K+-ATPase was mainly mediated by a two- to fourfold accumulation of both alpha- and beta-subunit mRNAs. The specific competitor spironolactone decreased basal Na+ transport, Na+,K+-ATPase mRNA, and the relative rate of protein biosynthesis, and it blocked the response to aldosterone. Cycloheximide inhibited the aldosterone-dependent sodium transport but did not significantly affect the cytoplasmic accumulation of Na+,K+-ATPase mRNA induced by aldosterone.

Astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation.

We report that, in the rat hippocampus, learning leads to a significant increase in extracellular lactate levels that derive from glycogen, an energy reserve selectively localized in astrocytes. Astrocytic glycogen breakdown and lactate release are essential for long-term but not short-term memory formation, and for the maintenance of long-term potentiation (LTP) of synaptic strength elicited in vivo. Disrupting the expression of the astrocytic lactate transporters monocarboxylate transporter 4 (MCT4) or MCT1 causes amnesia, which, like LTP impairment, is rescued by L-lactate but not equicaloric glucose. Disrupting the expression of the neuronal lactate transporter MCT2 also leads to amnesia that is unaffected by either L-lactate or glucose, suggesting that lactate import into neurons is necessary for long-term memory. Glycogenolysis and astrocytic lactate transporters are also critical for the induction of molecular changes required for memory formation, including the induction of phospho-CREB, Arc, and phospho-cofilin. We conclude that astrocyte-neuron lactate transport is required for long-term memory formation.

Inhibition of voltage-gated Na(+) currents in sensory neurones by the sea anemone toxin APETx2.

BACKGROUND AND PURPOSE: APETx2, a toxin from the sea anemone Anthropleura elegantissima, inhibits acid-sensing ion channel 3 (ASIC3)-containing homo- and heterotrimeric channels with IC(50) values < 100 nM and 0.1-2 µM respectively. ASIC3 channels mediate acute acid-induced and inflammatory pain response and APETx2 has been used as a selective pharmacological tool in animal studies. Toxins from sea anemones also modulate voltage-gated Na(+) channel (Na(v) ) function. Here we tested the effects of APETx2 on Na(v) function in sensory neurones.¦EXPERIMENTAL APPROACH: Effects of APETx2 on Na(v) function were studied in rat dorsal root ganglion (DRG) neurones by whole-cell patch clamp.¦KEY RESULTS: APETx2 inhibited the tetrodotoxin (TTX)-resistant Na(v) 1.8 currents of DRG neurones (IC(50) , 2.6 µM). TTX-sensitive currents were less inhibited. The inhibition of Na(v) 1.8 currents was due to a rightward shift in the voltage dependence of activation and a reduction of the maximal macroscopic conductance. The inhibition of Na(v) 1.8 currents by APETx2 was confirmed with cloned channels expressed in Xenopus oocytes. In current-clamp experiments in DRG neurones, the number of action potentials induced by injection of a current ramp was reduced by APETx2.¦CONCLUSIONS AND IMPLICATIONS: APETx2 inhibited Na(v) 1.8 channels, in addition to ASIC3 channels, at concentrations used in in vivo studies. The limited specificity of this toxin should be taken into account when using APETx2 as a pharmacological tool. Its dual action will be an advantage for the use of APETx2 or its derivatives as analgesic drugs.

G alpha-q/11 protein plays a key role in insulin-induced glucose transport in 3T3-L1 adipocytes.

We evaluated the role of the G alpha-q (Galphaq) subunit of heterotrimeric G proteins in the insulin signaling pathway leading to GLUT4 translocation. We inhibited endogenous Galphaq function by single cell microinjection of anti-Galphaq/11 antibody or RGS2 protein (a GAP protein for Galphaq), followed by immunostaining to assess GLUT4 translocation in 3T3-L1 adipocytes. Galphaq/11 antibody and RGS2 inhibited insulin-induced GLUT4 translocation by 60 or 75%, respectively, indicating that activated Galphaq is important for insulin-induced glucose transport. We then assessed the effect of overexpressing wild-type Galphaq (WT-Galphaq) or a constitutively active Galphaq mutant (Q209L-Galphaq) by using an adenovirus expression vector. In the basal state, Q209L-Galphaq expression stimulated 2-deoxy-D-glucose uptake and GLUT4 translocation to 70% of the maximal insulin effect. This effect of Q209L-Galphaq was inhibited by wortmannin, suggesting that it is phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-kinase) dependent. We further show that Q209L-Galphaq stimulates PI3-kinase activity in p110alpha and p110gamma immunoprecipitates by 3- and 8-fold, respectively, whereas insulin stimulates this activity mostly in p110alpha by 10-fold. Nevertheless, only microinjection of anti-p110alpha (and not p110gamma) antibody inhibited both insulin- and Q209L-Galphaq-induced GLUT4 translocation, suggesting that the metabolic effects induced by Q209L-Galphaq are dependent on the p110alpha subunit of PI3-kinase. In summary, (i) Galphaq appears to play a necessary role in insulin-stimulated glucose transport, (ii) Galphaq action in the insulin signaling pathway is upstream of and dependent upon PI3-kinase, and (iii) Galphaq can transmit signals from the insulin receptor to the p110alpha subunit of PI3-kinase, which leads to GLUT4 translocation.

Cation Transport Coupled to ATP Hydrolysis By the (Na, K)-ATPase : an integrated, animated model

An Adobe (R) animation is presented for use in undergraduate Biochemistry courses, illustrating the mechanism of Na+ and K+ translocation coupled to ATP hydrolysis by the (Na, K)-ATPase, a P-2c-type ATPase, or ATP-powered ion pump that actively translocates cations across plasma membranes. The enzyme is also known as an E-1/E-2-ATPase as it undergoes conformational changes between the E-1 and E-2 forms during the pumping cycle, altering the affinity and accessibility of the transmembrane ion-binding sites. The animation is based on Horisberger's scheme that incorporates the most recent significant findings to have improved our understanding of the (Na, K)-ATPase structure function relationship. The movements of the various domains within the (Na, K)-ATPase alpha-subunit illustrate the conformational changes that occur during Na+ and K+ translocation across the membrane and emphasize involvement of the actuator, nucleotide, and phosphorylation domains, that is, the "core engine" of the pump, with respect to ATP binding, cation transport, and ADP and P-i release.

Receptor occupancy vs. induction of Na+-K+-ATPase and Na+ transport by aldosterone.

In the urinary bladder of the toad Bufo marinus aldosterone (between 0.8 and 100 nM) stimulates Na+ transport [half-maximal induction concentration (K1/2) = 6.5 nM]. At low hormone concentrations (0.8-8 nM), the increase of Na+ transport between 0.75 and 2.5 h is accompanied by a fall in transepithelial resistance (R). Higher hormone concentrations (30-800 nM) induce an additional resistance-independent fraction of Na+ transport within 2.5-8 h. From 6 h on, aldosterone (between 0.2 and 20 nM) stimulates in the same tissue the biosynthesis rate of the alpha- and beta-subunits of Na+-K+-ATPase (K1/2 = 3 and 1.5 nM, respectively). New pump synthesis is thus not a prerequisite for the early mineralocorticoid response but might be linked to the late transport event. The mineralocorticoid response is usually ascribed to interaction with the higher affinity type 1 receptor. In the present study we show, however, that at least 55% of the overall Na+ transport response is linked to nuclear occupation of the lower affinity type 2 receptors [dissociation constant (Kd) = 50 nM, maximum number of binding sites (Nmax) = 315 fmol/mg protein]. Distinct aldosterone effects, such as the fall in R and the increase in Na+-K+-ATPase synthesis, are more closely related to occupation of type 1 receptors (Kd = 0.3 nM, Nmax = 23 fmol/mg protein). At maximal induction of these latter parameters, only about 20% of type 2 receptors are occupied. These results suggest that both types of aldosterone receptors are involved in the mediation of the full mineralocorticoid response: type 1 in the early and late and type 2 particularly in the late tissue response.