Changes in the enterocyte cytoskeleton in newborn rats exposed to ethanol in utero

BACKGROUND: Cytoskeletal changes after longterm exposure to ethanol have been described in a number of cell types in adult rat and humans. These changes can play a key part in the impairment of nutrient assimilation and postnatal growth retardation after prenatal damage of the intestinal epithelium produced by ethanol intake. AIMS: To determine, in the newborn rat, which cytoskeletal proteins are affected by longterm ethanol exposure in utero and to what extent. ANIMALS: The offspring of two experimental groups of female Wistar rats: ethanol treated group receiving up to 25% (w/v) of ethanol in the drinking fluid and control group receiving water as drinking fluid. METHODS: Single and double electron microscopy immunolocalisation and label density estimation of cytoskeletal proteins on sections of proximal small intestine incubated with monoclonal antibodies against actin, alpha-tubulin, cytokeratin (polypeptides 1, 5, 6, 7, 8, 10, 11, and 18), and with a polyclonal antibody anti-beta 1,4-galactosyl transferase as trans golgi (TG) or trans golgi network (TGN) marker, or both. SDS-PAGE technique was also performed on cytoskeletal enriched fractions from small intestine. Western blotting analysis was carried out by incubation with the same antibodies used for immunolocalisation. RESULTS: Intestinal epithelium of newborn rats from the ethanol treated group showed an overexpression of cytoskeletal polypeptides ranging from 39 to 54 kDa, affecting actin and some cytokeratins, but not tubulin. Furthermore, a cytokeratin related polypeptide of 28-29 kDa was identified together with an increase in free ubiquitin in the same group. It was noteworthy that actin and cytokeratin were abnormally located in the TG or the TGN, or both. CONCLUSIONS: Longterm exposure to ethanol in utero causes severe dysfunction in the cytoskeleton of the developing intestinal epithelium. Actin and cytokeratins, which are involved in cytoskeleton anchoring to plasma membrane and cell adhesion, are particularly affected, showing overexpression, impaired proteolysis, and mislocalisation.

Changes in the enterocyte cytoskeleton in newborn rats exposed to ethanol in utero

BACKGROUND: Cytoskeletal changes after longterm exposure to ethanol have been described in a number of cell types in adult rat and humans. These changes can play a key part in the impairment of nutrient assimilation and postnatal growth retardation after prenatal damage of the intestinal epithelium produced by ethanol intake. AIMS: To determine, in the newborn rat, which cytoskeletal proteins are affected by longterm ethanol exposure in utero and to what extent. ANIMALS: The offspring of two experimental groups of female Wistar rats: ethanol treated group receiving up to 25% (w/v) of ethanol in the drinking fluid and control group receiving water as drinking fluid. METHODS: Single and double electron microscopy immunolocalisation and label density estimation of cytoskeletal proteins on sections of proximal small intestine incubated with monoclonal antibodies against actin, alpha-tubulin, cytokeratin (polypeptides 1, 5, 6, 7, 8, 10, 11, and 18), and with a polyclonal antibody anti-beta 1,4-galactosyl transferase as trans golgi (TG) or trans golgi network (TGN) marker, or both. SDS-PAGE technique was also performed on cytoskeletal enriched fractions from small intestine. Western blotting analysis was carried out by incubation with the same antibodies used for immunolocalisation. RESULTS: Intestinal epithelium of newborn rats from the ethanol treated group showed an overexpression of cytoskeletal polypeptides ranging from 39 to 54 kDa, affecting actin and some cytokeratins, but not tubulin. Furthermore, a cytokeratin related polypeptide of 28-29 kDa was identified together with an increase in free ubiquitin in the same group. It was noteworthy that actin and cytokeratin were abnormally located in the TG or the TGN, or both. CONCLUSIONS: Longterm exposure to ethanol in utero causes severe dysfunction in the cytoskeleton of the developing intestinal epithelium. Actin and cytokeratins, which are involved in cytoskeleton anchoring to plasma membrane and cell adhesion, are particularly affected, showing overexpression, impaired proteolysis, and mislocalisation.

Regulation of glucose transporter expression in cardiac myocytes: p38 MAPK is a strong inducer of GLUT4.

OBJECTIVE: In vivo differentiation of cardiac myocytes is associated with downregulation of the glucose transporter isoform GLUT1 and upregulation of the isoform GLUT4. Adult rat cardiomyocytes in primary culture undergo spontaneous dedifferentiation, followed by spreading and partial redifferentiation, which can be influenced by growth factors. We used this model to study the signaling mechanisms modifying the expression of GLUT4 in cardiac myocytes. RESULTS: Adult rat cardiomyocytes in primary culture exhibited spontaneous upregulation of GLUT1 and downregulation of GLUT4, suggesting resumption of a fetal program of GLUT gene expression. Treatment with IGF-1 and, to a minor extent, FGF-2 resulted in restored expression of GLUT4 protein and mRNA. Activation of p38 MAPK mediated the increased expression of GLUT4 in response to IGF-1. Transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes confirmed that p38 MAPK could activate the glut4 promoter. Electrophoretic mobility shift assay in adult rat cardiomyocytes and transient transfection experiments in neonatal cardiac myocytes indicated that MEF2 was the main transcription factor transducing the effect of p38 MAPK activation on the glut4 promoter. CONCLUSION: Spontaneous dedifferentiation of adult rat cardiomyocytes in vitro is associated with downregulation of GLUT4, which can be reversed by treatment with IGF-1. The effect of IGF-1 is mediated by the p38 MAPK/MEF2 axis, which is a strong inducer of GLUT4 expression.

Characterization of the role of Rho activating signalling complexes in G protein-coupled receptor induced cardiac fibrosis

Dans certaines conditions pathologiques, telles que l'hypertension artérielle ou l'infarctus du myocarde, le coeur répond à une augmentation de la post-charge par des processus de remodelage aboutissant à une hypertrophie du ventricule gauche. L'hypertrophie cardiaque est caractérisée par une croissance hypertrophique des cardiomyocytes, ainsi que par une différenciation des fibroblastes en un phenotype présentant une capacité accrue de synthèse protéiques, nommés myofibroblastes. Ceci résulte en une accumulation excessive des constituants de la matrice extracellulaire, ou autrement dit fibrose. En raison de son effet délétère sur la contractilité du coeur, menant sur le long terme à une insuffisance cardiaque, de nombreux efforts ont été déployés, afin de définir les mécanismes moléculaires impliqués dans la réponse profibrotique. A ce jour, de nombreuses études indiquent que la petite GTPase RhoA pourrait être un médiateur important de la réponse profibrotique du myocarde. Cependant, les facteurs d'échanges impliqués dans la transduction de signaux profibrotiques, via la régulation de son activité au niveau des fibroblastes cardiaques, n'ont pas encore été identifiés. De précédentes études menées dans le laboratoire, ont identifiées une nouvelle protein d'ancrage de la PKA, exprimée majoritairement dans le coeur, nommée AKAP-Lbc. Il a été montré que cette protéine, en plus de sa fonction de protein d'ancrage, possédait une activité de facteur d'échange de nucléotide guanine (GEF) pour la petite GTPase RhoA. Au niveau des cardiomyocytes, il a été montré que l'AKAP-Lbc participe à une voie de signalisation pro-hypertrophique, incluant la sous-unité alpha de la protéine G hétérotrimerique G12 et RhoA. Chose intéressante, des observations antérieures à cette étude, indiquent que dans le coeur, l'AKAP-Lbc est également exprimée dans les fibroblastes. Cependant aucunes études n'a encore reporté de fonction pour ce facteur d'échange dans les fibroblastes cardiaques. Dans ce travail, les résultats obtenus indiquent que dans les fibroblastes cardiaques, I'activation de RhoA par l'AKAP-Lbc est impliquée dans la transmission de signaux profibrotiques, en aval des récépteurs à l'angiotensine II. En particulier, nous avons observé que la suppression de l'expression de l'AKAP-Lbc dans les fibroblastes ventriculaires de rat adultes, réduisait fortement Γ activation de Rho induite par l'angiotensine II, la déposition de collagène, la capacité migratoire des fibroblastes ainsi que leur différenciation en myofibroblastes. A notre connaissance, l'AKAP-Lbc est le premier RhoGEF identifié comme médiateur de la réponse profibrotique dans les fibroblastes cardiaques. - In pathological conditions such as chronic hypertension or myocardial infarction, the myocardium is subjected to various biomechanical and biochemical stresses, and undergoes an adverse ventricular remodelling process associated with cardiomyocytes hypertrophy and excess deposition of extracellular matrix proteins resulting in fibrosis. During the fibrotic response, cardiac fibroblasts differentiate into a more mobile and contractile phenotype termed myofibroblasts. These cells, possess a greater synthetic ability to produce ECM proteins and have been implicated in diseases with increased ECM deposition including cardiac fibrosis. Because fibrosis impairs myocardial contractility and is associated with the progression to heart failure, a major cause of lethality worldwide, many efforts have been made to define the molecular players involved in this process. During these last years, increasing evidence suggests a role for the small GTPase RhoA in mediating the fibrotic response in CFbs. However the identity of the exchange factors that modulate its activity and transduce fibrotic signals in CFbs is still unknown. Earlier work in our laboratory identified a novel PKA anchoring protein expressed in the heart termed AKAP-Lbc that has been shown to function as anchoring protein as well as a guanine nucleotide exchange factor (GEF) for the small GTPase RhoA. In response to several hypertrophic stimuli we have shown that RhoGEF activity of AKAP-Lbc mediated by Gan promotes the activation of a signaling pathway including RhoA, leading to cardiomyocytes hypertrophy. Within the heart, previous observations made in the laboratory indicated that AKAP-Lbc was also expressed in fibroblasts. However its role in cardiac fibroblasts remained to be determined. In the present study, we show that AKAP-Lbc is critical for activating RhoA and transducing profibrotic signals downstream of angiotensin II receptors in cardiac fibroblasts. In particular, our results indicate that suppression of AKAP-Lbc expression by infecting adult rat ventricular fibroblasts with lentiviruses encoding AKAP-Lbc specific short hairpin RNAs strongly reduces angiotensin II-induced RhoA activation, collagen deposition as well as cell migration and differentiation. These findings identify AKAP-Lbc as the first Rho-guanine nucleotide exchange factor involved in a profibrotic signalling pathway at the level of cardiac fibroblasts.

Nuclear triiodothyronine receptor expression is regulated by axon-Schwann cell contact.

Thyroid hormones, which play an important role in the development and regeneration of the nervous system, require the presence of specific nuclear T3 receptors (NT3R). In this study we provide evidence that NT3R expression by Schwann cells was up-regulated in response to a loss of axonal contact in vitro and in vivo. In dorsal root ganglia explant cultures, Schwann cells which accompanied axons (nerve fibres) were devoid of NT3R. When Schwann cells were orphaned from axon contact by axon transection, all the nuclei of these cells displayed NT3R immunoreactivity. Similar results were obtained in situ; in adult rat sciatic nerve, Schwann cells which ensheathed healthy axons never expressed NT3R immunoreactivity. After sciatic nerve transection in vivo the nuclei of Schwann cells deprived of axonal contact displayed a clear NT3R immunoreaction.

Role of the c-Jun N-terminal kinase pathway in retinal excitotoxicity, and neuroprotection by its inhibition.

J. Neurochem. (2010) 10.1111/j.1471-4159.2010.06705.x Abstract Retinal excitotoxicity is associated with retinal ischemia, and with glaucomatous and traumatic optic neuropathy. The present study investigates the role of c-Jun N-terminal kinase (JNK) activation in NMDA-mediated retinal excitotoxicity and determines whether neuroprotection can be obtained with the JNK pathway inhibitor, d-form of JNK-inhibitor 1 (d-JNKI-1). Young adult rats received intravitreal injections of 20 nmol NMDA, which caused extensive neuronal death in the inner nuclear and ganglion cell layers. This excitotoxicity was associated with strong activation of calpain, as revealed by fodrin cleavage, and of JNK. The cell-permeable peptide d-JNKI-1 was used to inhibit JNK. Within 40 min of its intravitreal injection, FITC-labeled d-JNKI-1 spread through the retinal ganglion cell layer into the inner nuclear layer and interfered with the NMDA-induced phosphorylation of JNK. Injections of unlabeled d-JNKI-1 gave unprecedentedly strong neuroprotection against cell death in both layers, lasting for at least 10 days. The NMDA-induced calpain-specific fodrin cleavage was likewise strongly inhibited by d-JNKI-1. Moreover the electroretinogram was partially preserved by d-JNKI-1. Thus, the JNK pathway is involved in NMDA-mediated retinal excitotoxicity and JNK inhibition by d-JNKI-1 provides strong neuroprotection as shown morphologically, biochemically and physiologically.

ACID-SENSING ION CHANNELS: functional and molecular characterization in putative nociceptors, and modulation by nerve injury and serine protease

Résumé Les canaux ioniques ASICs (acid-sensing ion channels) appartiennent à la famille des canaux ENaC/Degenerin. Pour l'instant, quatre gènes (1 à 4) ont été clonés dont certains présentent des variants d'épissage. Leur activation par une acidification rapide du milieu extracellulaire génère un courant entrant transitoire essentiellement sodique accompagné pour certains types d'ASICs d'une phase soutenue. Les ASICs sont exprimés dans le système nerveux, central (SNC) et périphérique (SNP). On leur attribue un rôle dans l'apprentissage, la mémoire et l'ischémie cérébrale au niveau central ainsi que dans la nociception (douleur aiguë et inflammatoire) et la méchanotransduction au niveau périphérique. Toutefois, les données sont parfois contradictoires. Certaines études suggèrent qu'ils sont des senseurs primordiaux impliqués dans la détection de l'acidification et la douleur. D'autres études suggèrent plutôt qu'ils ont un rôle modulateur inhibiteur dans la douleur. De plus, le fait que leur activation génère majoritairement un courant transitoire alors que les fibres nerveuses impliquées dans la douleur répondent à un stimulus nocif avec une adaptation lente suggère que leurs propriétés doivent être modulés par des molécules endogènes. Dans une première partie de ma thèse, nous avons abordé la question de l'expression fonctionnelle des ASICs dans les neurones sensoriels primaires afférents du rat adulte pour clarifier le rôle des ASICs dans les neurones sensoriels. Nous avons caractérisé leurs propriétés biophysiques et pharmacologiques par la technique du patch-clamp en configuration « whole-cell ». Nous avons pu démontrer que près de 60% des neurones sensoriels de petit diamètre expriment des courants ASICs. Nous avons mis en évidence trois types de courant ASIC dans ces neurones. Les types 1 et 3 ont des propriétés compatibles avec un rôle de senseur du pH alors que le type 2 est majoritairement activé par des pH inférieurs à pH6. Le type 1 est médié par des homomers de la sous-unité ASIC1 a qui sont perméables aux Ca2+. Nous avons étudié leur co-expression avec des marqueurs des nocicepteurs ainsi que la possibilité d'induire une activité neuronale suite à une acidification qui soit dépendante des ASICs. Le but était d'associer un type de courant ASIC avec une fonction potentielle dans les neurones sensoriels. Une majorité des neurones exprimant les courants ASIC co-expriment des marqueurs des nocicepteurs. Toutefois, une plus grande proportion des neurones exprimant le type 1 n'est pas associée à la nociception par rapport aux types 2 et 3. Nous avons montré qu'il est possible d'induire des potentiels d'actions suite à une acidification. La probabilité d'induction est proportionnelle à la densité des courants ASIC et à l'acidité de la stimulation. Puis, nous avons utilisé cette classification comme un outil pour appréhender les potentielles modulations fonctionnelles des ASICs dans un model de neuropathie (spared nerve injury). Cette approche fut complétée par des expériences de «quantitative RT-PCR ». En situation de neuropathie, les courants ASIC sont dramatiquement changés au niveau de leur expression fonctionnelle et transcriptionnelle dans les neurones lésés ainsi que non-lésés. Dans une deuxième partie de ma thèse, suite au test de différentes substances sécrétées lors de l'inflammation et l'ischémie sur les propriétés des ASICs, nous avons caractérisé en détail la modulation des propriétés des courants ASICs notamment ASIC1 par les sérines protéases dans des systèmes d'expression recombinants ainsi que dans des neurones d'hippocampe. Nous avons montré que l'exposition aux sérine-protéases décale la dépendance au pH de l'activation ainsi que la « steady-state inactivation »des ASICs -1a et -1b vers des valeurs plus acidiques. Ainsi, l'exposition aux serine protéases conduit à une diminution du courant quand l'acidification a lieu à partir d'un pH7.4 et conduit à une augmentation du courant quand l'acidification alleu à partir d'un pH7. Nous avons aussi montré que cette régulation a lieu des les neurones d'hippocampe. Nos résultats dans les neurones sensoriels suggèrent que certains courants ASICs sont impliqués dans la transduction de l'acidification et de la douleur ainsi que dans une des phases du processus conduisant à la neuropathie. Une partie des courants de type 1 perméables au Ca 2+ peuvent être impliqués dans la neurosécrétion. La modulation par les sérines protéases pourrait expliquer qu'en situation d'acidose les canaux ASICs soient toujours activables. Résumé grand publique Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Le système nerveux est formé par le système nerveux central - principalement le cerveau, le cervelet et la moelle épinière - et le système nerveux périphérique -principalement les nerfs et les neurones sensoriels. Grâce à leur nombreux "bras" (les neurites), les neurones sont connectés entre eux, formant un véritable réseau de communication qui s'étend dans tout le corps. L'information se propage sous forme d'un phénomène électrique, l'influx nerveux (ou potentiels d'actions). A la base des phénomènes électriques dans les neurones il y a ce que l'on appelle les canaux ioniques. Un canal ionique est une sorte de tunnel qui traverse l'enveloppe qui entoure les cellules (la membrane) et par lequel passent les ions. La plupart de ces canaux sont normalement fermés et nécessitent d'être activés pour s'ouvrire et générer un influx nerveux. Les canaux ASICs sont activés par l'acidification et sont exprimés dans tout le système nerveux. Cette acidification a lieu notamment lors d'une attaque cérébrale (ischémie cérébrale) ou lors de l'inflammation. Les expériences sur les animaux ont montré que les canaux ASICs avaient entre autre un rôle dans la mort des neurones lors d'une attaque cérébrale et dans la douleur inflammatoire. Lors de ma thèse je me suis intéressé au rôle des ASICs dans la douleur et à l'influence des substances produites pendant l'inflammation sur leur activation par l'acidification. J'ai ainsi pu montrer chez le rat que la majorité des neurones sensoriels impliqués dans la douleur ont des canaux ASICs et que l'activation de ces canaux induit des potentiels d'action. Nous avons opéré des rats pour qu'ils présentent les symptômes d'une maladie chronique appelée neuropathie. La neuropathie se caractérise par une plus grande sensibilité à la douleur. Les rats neuropathiques présentent des changements de leurs canaux ASICs suggérant que ces canaux ont une peut-être un rôle dans la genèse ou les symptômes de cette maladie. J'ai aussi montré in vitro qu'un type d'enryme produit lors de l'inflammation et l'ischémie change les propriétés des ASICs. Ces résultats confirment un rôle des ASICs dans la douleur suggérant notamment un rôle jusque là encore non étudié dans la douleur neuropathique. De plus, ces résultats mettent en évidence une régulation des ASICs qui pourrait être importante si elle se confirmait in vivo de part les différents rôles des ASICs. Abstract Acid-sensing ion channels (ASICs) are members of the ENaC/Degenerin superfamily of ion channels. Their activation by a rapid extracellular acidification generates a transient and for some ASIC types also a sustained current mainly mediated by Na+. ASICs are expressed in the central (CNS) and in the peripheral (PNS) nervous system. In the CNS, ASICs have a putative role in learning, memory and in neuronal death after cerebral ischemia. In the PNS, ASICs have a putative role in nociception (acute and inflammatory pain) and in mechanotransduction. However, studies on ASIC function are somewhat controversial. Some studies suggest a crucial role of ASICs in transduction of acidification and in pain whereas other studies suggest rather a modulatory inhibitory role of ASICs in pain. Moreover, the basic property of ASICs, that they are activated only transiently is irreconcilable with the well-known property of nociception that the firing of nociceptive fibers demonstrated very little adaptation. Endogenous molecules may exist that can modulate ASIC properties. In a first part of my thesis, we addressed the question of the functional expression of ASICs in adult rat dorsal root ganglion (DRG) neurons. Our goal was to elucidate ASIC roles in DRG neurons. We characterized biophysical and pharmacological properties of ASIC currents using the patch-clamp technique in the whole-cell configuration. We observed that around 60% of small-diameter sensory neurons express ASICs currents. We described in these neurons three ASIC current types. Types 1 and 3 have properties compatible with a role of pH-sensor whereas type 2 is mainly activated by pH lower than pH6. Type 1 is mediated by ASIC1a homomultimers which are permeable to Ca 2+. We studied ASIC co-expression with nociceptor markers. The goal was to associate an ASIC current type with a potential function in sensory neurons. Most neurons expressing ASIC currents co-expressed nociceptor markers. However, a higher proportion of the neurons expressing type 1 was not associated with nociception compared to type 2 and -3. We completed this approach with current-clamp measurements of acidification-induced action potentials (APs). We showed that activation of ASICs in small-diameter neurons can induce APs. The probability of AP induction is positively correlated with the ASIC current density and the acidity of stimulation. Then, we used this classification as a tool to characterize the potential functional modulation of ASICs in the spared nerve injury model of neuropathy. This approach was completed by quantitative RT-PCR experiments. ASICs current expression was dramatically changed at the functional and transcriptional level in injured and non-injured small-diameter DRG neurons. In a second part of my thesis, following an initial screening of the effect of various substances secreted during inflammation and ischemia on ASIC current properties, we characterized in detail the modulation of ASICs, in particular of ASIC1 by serine proteases in a recombinant expression system as well as in hippocampal neurons. We showed that protease exposure shifts the pH dependence of ASIC1 activation and steady-state inactivation to more acidic pH. As a consequence, protease exposure leads to a decrease in the current response if ASIC1 is activated by a pH drop from pH 7.4. If, however, acidification occurs from a basal pH of 7, protease-exposed ASIC1a shows higher activity than untreated ASIC1a. We provided evidence that this bi-directional regulation of ASIC1a function also occurs in hippocampal neurons. Our results in DRG neurons suggest that some ASIC currents are involved in the transduction of peripheral acidification and pain. Furthermore, ASICs may participate to the processes leading to neuropathy. Some Ca 2+-permeable type 1 currents may be involved in neurosecretion. ASIC modulation by serine proteases may be physiologically relevant, allowing ASIC activation under sustained slightly acidic conditions.

Suprachoroidal electrotransfer: a nonviral gene delivery method to transfect the choroid and the retina without detaching the retina.

Photoreceptors and retinal pigment epithelial cells (RPE) targeting remains challenging in ocular gene therapy. Viral gene transfer, the only method having reached clinical evaluation, still raises safety concerns when administered via subretinal injections. We have developed a novel transfection method in the adult rat, called suprachoroidal electrotransfer (ET), combining the administration of nonviral plasmid DNA into the suprachoroidal space with the application of an electrical field. Optimization of injection, electrical parameters and external electrodes geometry using a reporter plasmid, resulted in a large area of transfected tissues. Not only choroidal cells but also RPE, and potentially photoreceptors, were efficiently transduced for at least a month when using a cytomegalovirus (CMV) promoter. No ocular complications were recorded by angiographic, electroretinographic, and histological analyses, demonstrating that under selected conditions the procedure is devoid of side effects on the retina or the vasculature integrity. Moreover, a significant inhibition of laser induced-choroidal neovascularization (CNV) was achieved 15 days after transfection of a soluble vascular endothelial growth factor receptor-1 (sFlt-1)-encoding plasmid. This is the first nonviral gene transfer technique that is efficient for RPE targeting without inducing retinal detachment. This novel minimally invasive nonviral gene therapy method may open new prospects for human retinal therapies.

The fetal hypothalamus has the potential to generate cells with a gonadotropin releasing hormone (GnRH) phenotype.

BACKGROUND: Neurospheres (NS) are colonies of neural stem and precursor cells capable of differentiating into the central nervous system (CNS) cell lineages upon appropriate culture conditions: neurons, and glial cells. NS were originally derived from the embryonic and adult mouse striatum subventricular zone. More recently, experimental evidence substantiated the isolation of NS from almost any region of the CNS, including the hypothalamus. METHODOLOGY/FINDINGS: Here we report a protocol that enables to generate large quantities of NS from both fetal and adult rat hypothalami. We found that either FGF-2 or EGF were capable of inducing NS formation from fetal hypothalamic cultures, but that only FGF-2 is effective in the adult cultures. The hypothalamic-derived NS are capable of differentiating into neurons and glial cells and most notably, as demonstrated by immunocytochemical detection with a specific anti-GnRH antibody, the fetal cultures contain cells that exhibit a GnRH phenotype upon differentiation. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: This in vitro model should be useful to study the molecular mechanisms involved in GnRH neuronal differentiation.

Lentiviral vectors efficiently transduce the EGFP gene into cardiomyocytes in vivo : immunohistology and Elisa quantification of the transgene

RESUME Les maladies cardio-vasculaires représentent la cause la plus importante de mortalité et de morbidité dans les pays occidentaux. La thérapie génique offre une nouvelle approche au traitement de ces maladies. L'expression de gènes protecteurs dans le myocarde par des technologies de transfert génique peut améliorer la fonction ventriculaire lors de l'insuffisance cardiaque ou stimuler la formation de nouveaux vaisseaux dans la maladie coronarienne. Etant donné qu'une majorité des maladies cardiaques sont des maladies chroniques, l'expression durable du gène thérapeutique introduit dans le coeur est souhaitable dans de nombreux cas. Malheureusement, l'utilité des vecteurs de transfert génique les plus utilisés en thérapie génique cardiovasculaire est limitée par une performance faible (ADN plasmidique) et une courte durée d'expression (adénovirus). Récemment, des vecteurs de transfert génique dérivés des lentivirus, une sous-famille des rétrovirus, ont retenu l'attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité à exprimer des gènes à long terme. Contrairement aux vecteurs rétroviraux traditionnels, les vecteurs lentiviraux transduisent des gènes même dans des cellules qui ne se divisent pas, ce qui est le cas des cardiomyocytes adultes. Ces vecteurs présentent un profil de biosécurité comparable à celui des vecteurs rétroviraux traditionnels. Nous avons donc décidé de tester l'utilité des vecteurs lentiviraux pour le transfert génique dans des cardiomyocytes de rat adulte in vitro et in vivo. Plusieurs versions de vecteurs lentiviraux contenant différent promoteurs ont été construites. Ces vecteurs contenant le gène marqueur EGFP (enhanced green fluorescent protein) ont été testés dans des cardiomyocytes de rat in vitro, ainsi que dans des coeurs de rat in vivo. Le but de ces expériences était de déterminer la durée de l'expression du transgène après injection intramyocardique chez le rat. Pour ce faire, nous avons développé une technique ELISA pour détecter la protéine EGFP dans des extraits de tissu cardiaque. Les résultats ont montré que la protéine EGFP était encore présente à des niveaux significatifs jusqu'à dix semaines après l'injection de vecteurs lentiviraux, alors que l'expression transgénique obtenue avec un vecteur adénoviral traditionnel a été plus limitée dans le temps. Ces résultats démontrent la capacité des vecteurs lentiviraux à exprimer des gènes d'intérêt de manière performante et stable dans le cœur de rat adulte in vivo. SUMMARY Cardiovascular diseases are the first cause of morbidity and mortality in Western countries. Gene therapy offers a new approach to these diseases. Expression of therapeutic genes in the myocardium by gene transfer technologies can improve ventricular function in heart failure and stimulate neovascularization in coronary disease. Chronic heart diseases likely require sustained expression of the therapeutic gene within the heart itself. Unfortunately, the most commonly used vectors in cardiovascular gene therapy, i.e. plasmid DNA and recombinant adenovirus vectors, are limited by poor DNA uptake and transient transgene expression, respectively. Recently, lentivirus-derived vectors have attracted much interest because of their ability to achieve long-term transgene expression. In contrast to traditional retroviral vectors, lentiviral vectors are also able to transduce non- dividing cells, while presenting a comparable biosafety profile. Adult cardiomyocytes are terminally differentiated cells that do not divide under normal conditions. For these reasons, we have decided to evaluate the efficiency of lentiviral vectors for gene-transduction of adult cardiomyocytes both in vitro and in vivo. We constructed various types of lentiviral vectors containing various promoters. Vectors encoding EGFP as a reporter gene were tested in rat cardiomyocytes in vitro and in rat hearts in vivo. The aim of the experiments involved in this thesis work was to determine the duration of the expression of the transgene after rat intramyocardial injection using a quantitative assay. Therefore, an ELISA technique was set up to measure the EGFP protein in rat heart tissue extracts. Our results showed that the EGFP protein was still present at significant levels at ten weeks after lentiviral vector injection, whereas the duration of expression with adenoviral vectors was shorter. These results demonstrate that lentiviral vectors efficiently deliver genes and achieve sustained transgene expression in adult rat cardiomyocytes in vivo.

Functional role of a specific ganglioside in neuronal migration and neurite outgrowth

Cell migration occurs extensively during mammalian brain development and persists in a few regions in the adult brain. Defective migratory behavior of neurons is thought to be the underlying cause of several congenital disorders. Knowledge of the dynamics and molecular mechanisms of neuronal movement could expand our understanding of the normal development of the nervous system as well as help decipher the pathogenesis of neurological developmental disorders. In our studies we have identified and characterized a specific ganglioside (9-O-acetyl GD3) localized to the membrane of neurons and glial cells that is expressed in regions of cell migration and neurite outgrowth in the developing and adult rat nervous system. In the present article we review our findings that demonstrate the functional role of this molecule in neuronal motility.

Inhibition of the sarcoplasmic reticulum Ca2+ pump with thapsigargin to estimate the contribution of Na+-Ca2+ exchange to ventricular myocyte relaxation

Relaxation in the mammalian ventricle is initiated by Ca2+ removal from the cytosol, which is performed by three main transport systems: sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase (SR-A), Na+-Ca2+ exchanger (NCX) and the so-called slow mechanisms (sarcolemmal Ca2+-ATPase and mitochondrial Ca2+ uptake). To estimate the relative contribution of each system to twitch relaxation, SR Ca2+ accumulation must be selectively inhibited, usually by the application of high caffeine concentrations. However, caffeine has been reported to often cause changes in membrane potential due to NCX-generated inward current, which compromises the reliability of its use. In the present study, we estimated integrated Ca2+ fluxes carried by SR-A, NCX and slow mechanisms during twitch relaxation, and compared the results when using caffeine application (Cf-NT) and an electrically evoked twitch after inhibition of SR-A with thapsigargin (TG-TW). Ca2+ transients were measured in 20 isolated adult rat ventricular myocytes with indo-1. For transients in which one or more transporters were inhibited, Ca2+ fluxes were estimated from the measured free Ca2+ concentration and myocardial Ca2+ buffering characteristics. NCX-mediated integrated Ca2+ flux was significantly higher with TG-TW than with Cf-NT (12 vs 7 µM), whereas SR-dependent flux was lower with TG-TW (77 vs 81 µM). The relative participations of NCX (12.5 vs 8% with TG-TW and Cf-NT, respectively) and SR-A (85 vs 89.5% with TG-TW and Cf-NT, respectively) in total relaxation-associated Ca2+ flux were also significantly different. We thus propose TG-TW as a reliable alternative to estimate NCX contribution to twitch relaxation in this kind of analysis.

TNNI3K is a novel mediator of myofilament function and phosphorylates cardiac troponin I

The phosphorylation of cardiac troponin I (cTnI) plays an important role in the contractile dysfunction associated with heart failure. Human cardiac troponin I-interacting kinase (TNNI3K) is a novel cardiac-specific functional kinase that can bind to cTnI in a yeast two-hybrid screen. The purpose of this study was to investigate whether TNNI3K can phosphorylate cTnI at specific sites and to examine whether the phosphorylation of cTnI caused by TNNI3K can regulate cardiac myofilament contractile function. Co-immunoprecipitation was performed to confirm that TNNI3K could interact with cTnI. Kinase assays further indicated that TNNI3K did not phosphorylate cTnI at Ser23/24 and Ser44, but directly phosphorylated Ser43 and Thr143 in vitro. The results obtained for adult rat cardiomyocytes also indicated that enhanced phosphorylation of cTnI at Ser43 and Thr143 correlated with rTNNI3K (rat TNNI3K) overexpression, and phosphorylation was reduced when rTNNI3K was knocked down. To determine the contractile function modulated by TNNI3K-mediated phosphorylation of cTnI, cardiomyocyte contraction was studied in adult rat ventricular myocytes. The contraction of cardiomyocytes increased with rTNNI3K overexpression and decreased with rTNNI3K knockdown. We conclude that TNNI3K may be a novel mediator of cTnI phosphorylation and contribute to the regulation of cardiac myofilament contraction function.

Analysis of testicular cell populations using flow cytometry

Studying testis is complex, because the tissue has a very heterogeneous cell composition and its structure changes dynamically during development. In reproductive field, the cell composition is traditionally studied by morphometric methods such as immunohistochemistry and immunofluorescence. These techniques provide accurate quantitative information about cell composition, cell-cell association and localization of the cells of interest. However, the sample preparation, processing, staining and data analysis are laborious and may take several working days. Flow cytometry protocols coupled with DNA stains have played an important role in providing quantitative information of testicular cells populations ex vivo and in vitro studies. Nevertheless, the addition of specific cells markers such as intracellular antibodies would allow the more specific identification of cells of crucial interest during spermatogenesis. For this study, adult rat Sprague-Dawley rats were used for optimization of the flow cytometry protocol. Specific steps within the protocol were optimized to obtain a singlecell suspension representative of the cell composition of the starting material. Fixation and permeabilization procedure were optimized to be compatible with DNA stains and fluorescent intracellular antibodies. Optimization was achieved by quantitative analysis of specific parameters such as recovery of meiotic cells, amount of debris and comparison of the proportions of the various cell populations with already published data. As a result, a new and fast flow cytometry method coupled with DNA stain and intracellular antigen detection was developed. This new technique is suitable for analysis of population behavior and specific cells during postnatal testis development and spermatogenesis in rodents. This rapid protocol recapitulated the known vimentin and γH2AX protein expression patterns during rodent testis ontogenesis. Moreover, the assay was applicable for phenotype characterization of SCRbKO and E2F1KO mouse models.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.