The myth of nitric oxide in central cardiovascular control by the nucleus tractus solitarii

Considerable evidence suggests that nitroxidergic mechanisms in the nucleus tractus solitarii (NTS) participate in cardiovascular reflex control. Much of that evidence, being based on responses to nitric oxide precursors or inhibitors of nitric oxide synthesis, has been indirect and circumstantial. We sought to directly determine cardiovascular responses to nitric oxide donors microinjected into the NTS and to determine if traditional receptor mechanisms might account for responses to certain of these donors in the central nervous system. Anesthetized adult Sprague Dawley rats that were instrumented for recording arterial pressure and heart rate were used in the physiological studies. Microinjection of nitric oxide itself into the NTS did not produce any cardiovascular responses and injection of sodium nitroprusside elicited minimal depressor responses. The S-nitrosothiols, S-nitrosoglutathione (GSNO), S-nitrosoacetylpenicillamine (SNAP), and S-nitroso-D-cysteine (D-SNC) produced no significant cardiovascular responses while injection of S-nitroso-L-cysteine (L-SNC) elicited brisk, dose-dependent depressor and bradycardic responses. In contrast, injection of glyceryl trinitrate elicited minimal pressor responses without associated changes in heart rate. It is unlikely that the responses to L-SNC were dependent on release of nitric oxide in that 1) the responses were not affected by injection of oxyhemoglobin or an inhibitor of nitric oxide synthesis prior to injection of L-SNC and 2) L- and D-SNC released identical amounts of nitric oxide when exposed to brain tissue homogenates. Although GSNO did not independently affect blood pressure, its injection attenuated responses to subsequent injection of L-SNC. Furthermore, radioligand binding studies suggested that in rat brain synaptosomes there is a saturable binding site for GSNO that is displaced from that site by L-SNC. The studies suggest that S-nitrosocysteine, not nitric oxide, may be an interneuronal messenger for cardiovascular neurons in the NTS

Effects of ouabain on vascular reactivity

Ouabain is an endogenous substance occurring in the plasma in the nanomolar range, that has been proposed to increase vascular resistance and induce hypertension. This substance acts on the a-subunit of Na+,K+-ATPase inhibiting the Na+-pump activity. In the vascular smooth muscle this effect leads to intracellular Na+ accumulation that reduces the activity of the Na+/Ca2+ exchanger and to an increased vascular tone. It was also suggested that circulating ouabain, even in the nanomolar range, sensitizes the vascular smooth muscle to vasopressor substances. We tested the latter hypothesis by studying the effects of ouabain in the micromolar and nanomolar range on phenylephrine (PE)-evoked pressor responses. The experiments were performed in normotensive and hypertensive rats in vivo, under anesthesia, and in perfused rat tail vascular beds. The results showed that ouabain pretreatment increased the vasopressor responses to PE in vitro and in vivo. This sensitization after ouabain treatment was also observed in hypertensive animals which presented an enhanced vasopressor response to PE in comparison to normotensive animals. It is suggested that ouabain at nanomolar concentrations can sensitize vascular smooth muscle to vasopressor stimuli possibly contributing to increased tone in hypertension

Development of a Glycocluster Adjuvant Mimicking Natural Yeast beta-(1,2)-Structures

Allergy is characterized by T helper (Th) 2-type immune response after encounter with an allergen leading to subsequent immunoglobulin (Ig) E-mediated hypersensitivity reaction and further allergic inflammation. Allergen-specific immunotherapy (SIT) balances the Th2-biased immunity towards Th1 and T regulatory responses. Adjuvants are used in allergen preparations to intensify and modify SIT. β-(1,2)-oligomannoside constituents present in Candida albicans (C. albicans) cell wall possess Th1-type immunostimulatory properties. The aim of this thesis was to develop a β-(1,2)-linked carbohydrate compound with known structure and anti-allergic properties to be applied as an adjuvant in SIT. First the immunostimulatory properties of various fungal extracts were studied. C. albicans appeared to be the most promising Th1-inducing extract, which led to the synthesis of various mono- or divalent oligomannosides designed on the basis of C. albicans. These carbohydrates did not induce strong cytokine production in human peripheral blood mononuclear cell (PBMC) cultures. In contrast to earlier reports using native oligosaccharides from C. albicans, synthetic -(1,2)-linked mannotetraose did not induce any tumor necrosis factor production in murine macrophages. Next, similarities with synthesized divalent mannosides and the antigenic epitopes of β-(1,2)-linked C. albicans mannan were investigated. Two divalent compounds inhibited specific IgG antibodies binding to below 3 kDa hydrolyzed mannan down to the level of 30–50% showing similar antigenicity to C. albicans. Immunomodulatory properties of synthesized carbohydrate assemblies ranging from mono- to pentavalent were evaluated. A trivalent acetylated dimannose (TADM) induced interleukin-10 (IL-10) and interferon-γ responses. TADM also suppressed birch pollen induced IL-4 and IL-5 responses in allergen (Bet v) stimulated PBMCs of birch pollen allergic subjects. This suppression was stronger with TADM than with other used adjuvants, immunostimulatory oligonucleotides and monophosphoryl lipid A. In a murine model of asthma, the allergen induced inflammatory responses could also be suppressed by TADM on cytokine and antibody levels.

Functional mapping of the cardiorespiratory effects of dorsal and median raphe nuclei in the rat

The dorsal (DRN) and median (MRN) raphe nuclei are important sources of serotonergic innervation to the forebrain, projecting to sites involved in cardiovascular regulation. These nuclei have been mapped using electrical stimulation, which has the limitation of stimulating fibers of passage. The present study maps these areas with chemical stimulation, investigating their influence on cardiorespiratory parameters. Urethane-anesthetized (1.2 g/kg, iv) male Wistar rats (280-300 g) were instrumented for pulsatile and mean blood pressure (MBP), heart rate, renal nerve activity, and respiratory frequency recordings. Microinjections of L-glutamate (0.18 M, 50-100 nl with 1% Pontamine Sky Blue) were performed within the DRN or the MRN with glass micropipettes. At the end of the experiments the sites of microinjection were identified. The majority of sites within the MRN (86.1%) and DRN (85.4%) evoked pressor responses when stimulated (DRN: deltaMBP = +14.7 ± 1.2; MRN: deltaMBP = +13.6 ± 1.3 mmHg). The changes in renal nerve activity and respiratory rate caused by L-glutamate were +45 ± 11 and +42 ± 9% (DRN; P < 0.05%), +40 ± 10 and +29 ± 7% (MRN, P < 0.05), respectively. No significant changes were observed in saline-microinjected animals. This study shows that: a) the blood pressure increases previously observed by electrical stimulation within the raphe are due to activation of local neurons, b) this pressor effect is due to sympathoexcitation because the stimulation increased renal sympathetic activity but did not produce tachycardia, and c) the stimulation of cell bodies in these nuclei also increases the respiratory rate.

The influence of stress on fear memory processes

It is well recognized that stressful experiences promote robust emotional memories, which are well remembered. The amygdaloid complex, principally the basolateral complex (BLA), plays a pivotal role in fear memory and in the modulation of stress-induced emotional responses. A large number of reports have revealed that GABAergic interneurons provide a powerful inhibitory control of the activity of projecting glutamatergic neurons in the BLA. Indeed, a reduced GABAergic control in the BLA is essential for the stress-induced influence on the emergence of associative fear memory and on the generation of long-term potentiation (LTP) in BLA neurons. The extracellular signal-regulated kinase (ERK) subfamily of the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway in the BLA plays a central role in the consolidation process and synaptic plasticity. In support of the view that stress facilitates long-term fear memory, stressed animals exhibited a phospho-ERK2 (pERK2) increase in the BLA, suggesting the involvement of this mechanism in the promoting influence of threatening stimuli on the consolidation fear memory. Moreover, the occurrence of reactivation-induced lability is prevented when fear memory is encoded under intense stressful conditions since the memory trace remains immune to disruption after recall in previously stressed animals. Thus, the underlying mechanism in retrieval-induced instability seems not to be functional in memories formed under stress. All these findings are indicative that stress influences both the consolidation and reconsolidation fear memory processes. Thus, it seems reasonable to propose that the emotional state generated by an environmental challenge critically modulates the formation and maintenance of long-term fear memory.

The superoxide anion donor, potassium superoxide, induces pain and inflammation in mice through production of reactive oxygen species and cyclooxygenase-2

It is currently accepted that superoxide anion (O2•−) is an important mediator in pain and inflammation. The role of superoxide anion in pain and inflammation has been mainly determined indirectly by modulating its production and inactivation. Direct evidence using potassium superoxide (KO2), a superoxide anion donor, demonstrated that it induced thermal hyperalgesia, as assessed by the Hargreaves method. However, it remains to be determined whether KO2 is capable of inducing other inflammatory and nociceptive responses attributed to superoxide anion. Therefore, in the present study, we investigated the nociceptive and inflammatory effects of KO2. The KO2-induced inflammatory responses evaluated in mice were: mechanical hyperalgesia (electronic version of von Frey filaments), thermal hyperalgesia (hot plate), edema (caliper rule), myeloperoxidase activity (colorimetric assay), overt pain-like behaviors (flinches, time spent licking and writhing score), leukocyte recruitment, oxidative stress, and cyclooxygenase-2 mRNA expression (quantitative PCR). Administration of KO2 induced mechanical hyperalgesia, thermal hyperalgesia, paw edema, leukocyte recruitment, the writhing response, paw flinching, and paw licking in a dose-dependent manner. KO2 also induced time-dependent cyclooxygenase-2 mRNA expression in the paw skin. The nociceptive, inflammatory, and oxidative stress components of KO2-induced responses were responsive to morphine (analgesic opioid), quercetin (antioxidant flavonoid), and/or celecoxib (anti-inflammatory cyclooxygenase-2 inhibitor) treatment. In conclusion, the well-established superoxide anion donor KO2 is a valuable tool for studying the mechanisms and pharmacological susceptibilities of superoxide anion-triggered nociceptive and inflammatory responses ranging from mechanical and thermal hyperalgesia to overt pain-like behaviors, edema, and leukocyte recruitment.

Longitudinal changes in HIV-specific IFN-? secretion in subjects who received Remune™ vaccination prior to treatment interruption

Affiliation: Maude Loignon, Lise Cyr & Emil Toma : Département de microbiologie et immunologie, Faculté de médecine, Université de Montréal

Réactivité posturale et inconfort subjectif induits par un stimulus visuel

Il est bien connu des professionnels de la vision que l’ajustement des verres progressifs sur un patient presbyte peut induire de l’inconfort et des difficultés posturales (Timmis, Johnson, Elliott, & Buckley, 2010). Ces plaintes sont directement associées à l’information visuelle perçue à travers les verres progressifs. Le principal objectif de cette thèse est d’identifier quels sont les paramètres d’un stimulus visuel (p.ex. fréquence temporelle ou vélocité) à l’origine de la perturbation posturale et de l’inconfort. Les distorsions dynamiques perçues à travers des verres progressifs s’apparentent aux mouvements d’un bateau qui roule de droite à gauche ou qui tangue d’avant en arrière. Ce type de stimulation visuelle a été reproduit dans une voute d’immersion en réalité virtuelle avec un sol à texture de damier noir et blanc qui oscillait périodiquement de droite à gauche et d’avant en arrière à différentes fréquences et amplitudes. Les études qui portent sur ce sujet montrent que la réponse posturale induite visuellement augmente avec la vélocité de stimulation et diminue lorsque la fréquence augmente. Cette information peut paraitre contradictoire, car ces deux variables sont liées entre elles par l’amplitude et covarient dans le même sens. Le premier objectif de cette thèse était de déterminer les causes possibles de cette contradiction. En faisant varier la fréquence temporelle de stimulation visuelle, on retrouve deux domaines de réponse posturale. Le premier domaine correspond aux fréquences inférieures à 0,12 Hz. Dans ce domaine, la réponse posturale est visuodépendante et augmente avec la vélocité du stimulus. Le second domaine postural correspond aux fréquences supérieures à 0,25 Hz. Dans ce domaine, la réponse posturale sature et diminue avec l’augmentation de la fréquence. Cette saturation de la réponse posturale semble causée par des limitations biomécaniques et fréquentielles du système postural. D’autres études ont envisagé d’étudier l’inconfort subjectif induit par des stimuli visuels périodiques. Au sein de la communauté scientifique, deux théories principales se confrontent. La théorie sensorielle repose sur les conflits sensoriels induit par le stimulus visuel tandis que la théorie posturale suggère que l’inconfort est la conséquence de l’instabilité posturale. Nos résultats révèlent que l’inconfort subjectif induit par une stimulation visuelle dynamique dépend de la vélocité du stimulus plutôt que de sa fréquence. L’inconfort peut être prédit par l’instabilité naturelle des individus en l’absence de stimulus visuel comme le suggère la théorie posturale. Par contre, l’instabilité posturale induite par un stimulus visuel dynamique ne semble pas être une condition nécessaire et suffisante pour entrainer de l’inconfort. Ni la théorie sensorielle ni la théorie posturale ne permettent à elles seules d’expliquer tous les mécanismes à l’origine de l’inconfort subjectif. Ces deux théories sont complémentaires, l’une expliquant que l’instabilité intrinsèque est un élément prédictif de l’inconfort et l’autre que l’inconfort induit par un stimulus visuel dynamique résulte d’un conflit entre les entrées sensorielles et les représentations acquises par l’individu.

Effet de la galanine sur le système nerveux cardiaque intrinsèque.‎

Les neurones cholinergiques et adrénergiques efférents du système nerveux cardiaque ‎intrinsèque (SNCI) sont impliqués dans la régulation de la fonction cardiaque chronotrope. ‎La galanine, peptide présent et libéré dans les terminaisons nerveuses cardiaques, est capable ‎de diminuer la libération de l’acétylcholine. Notre hypothèse est d’étudier la possibilité que ‎la galanine puisse agir comme un peptide neuromodulateur inhibiteur dans les neurones du ‎SNCI chez le rat. Les oreillettes et les tissus associés du SNCI sont isolés à partir de rats ‎Sprague-Dawley et perfusés en vitro. Les valeurs de la fréquence auriculaire mesurées d’un ‎battement à l’autre sont tirées à partir d’un enregistrement bipolaire auriculaire. La perfusion ‎de la nicotine en forme de bolus (avec des concentrations dans le bain de 20-250 µm) a ‎induit des réponses biphasiques composées d’une réponse chronotrope négative au début ‎suivie d’une réponse chronotrope positive. Au cours de la superfusion de la galanine ‎‎(170 nM), les réponses chronotropes positives à la nicotine sont réduites chez 12/14 ‎préparations (contrôle : 21,35 ± 17,4 à galanine : 5,46 ± 8,0 bpm, n = 14, p = 0,02), tandis que ‎les réponses chronotropes négatives sont réduites chez 8 /14 préparations et affichent une ‎tendance générale vers la réduction (contrôle : -16,09 ± 14,7, galanine : -12,53 ± 13,2 bpm). ‎On peut conclure que la galanine agit comme un peptide neuromodulateur inhibiteur dans les ‎SNCI chez le rat, en modifiant de préférence la stimulation nicotinique de neurones ‎adrénergiques.‎

Quantitative functional MRI of the Cerebrovascular Reactivity to CO2

Le dioxyde de carbone (CO2) est un résidu naturel du métabolisme cellulaire, la troisième substance la plus abondante du sang, et un important agent vasoactif. À la moindre variation de la teneur en CO2 du sang, la résistance du système vasculaire cérébral et la perfusion tissulaire cérébrale subissent des changements globaux. Bien que les mécanismes exacts qui sous-tendent cet effet restent à être élucidés, le phénomène a été largement exploité dans les études de réactivité vasculaire cérébrale (RVC). Une voie prometteuse pour l’évaluation de la fonction vasculaire cérébrale est la cartographie de la RVC de manière non-invasive grâce à l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Des mesures quantitatives et non-invasives de de la RVC peuvent être obtenus avec l’utilisation de différentes techniques telles que la manipu- lation du contenu artériel en CO2 (PaCO2) combinée à la technique de marquage de spin artériel (Arterial Spin Labeling, ASL), qui permet de mesurer les changements de la perfusion cérébrale provoqués par les stimuli vasculaires. Toutefois, les préoccupations liées à la sensibilité et la fiabilité des mesures de la RVC limitent de nos jours l’adoption plus large de ces méthodes modernes de IRMf. J’ai considéré qu’une analyse approfondie ainsi que l’amélioration des méthodes disponibles pourraient apporter une contribution précieuse dans le domaine du génie biomédical, de même qu’aider à faire progresser le développement de nouveaux outils d’imagerie de diagnostique. Dans cette thèse je présente une série d’études où j’examine l’impact des méthodes alternatives de stimulation/imagerie vasculaire sur les mesures de la RVC et les moyens d’améliorer la sensibilité et la fiabilité de telles méthodes. J’ai aussi inclus dans cette thèse un manuscrit théorique où j’examine la possible contribution d’un facteur méconnu dans le phénomène de la RVC : les variations de la pression osmotique du sang induites par les produits de la dissolution du CO2. Outre l’introduction générale (Chapitre 1) et les conclusions (Chapitre 6), cette thèse comporte 4 autres chapitres, au long des quels cinq différentes études sont présentées sous forme d’articles scientifiques qui ont été acceptés à des fins de publication dans différentes revues scientifiques. Chaque chapitre débute par sa propre introduction, qui consiste en une description plus détaillée du contexte motivant le(s) manuscrit(s) associé(s) et un bref résumé des résultats transmis. Un compte rendu détaillé des méthodes et des résultats peut être trouvé dans le(s) dit(s) manuscrit(s). Dans l’étude qui compose le Chapitre 2, je compare la sensibilité des deux techniques ASL de pointe et je démontre que la dernière implémentation de l’ASL continue, la pCASL, offre des mesures plus robustes de la RVC en comparaison à d’autres méthodes pulsés plus âgées. Dans le Chapitre 3, je compare les mesures de la RVC obtenues par pCASL avec l’utilisation de quatre méthodes respiratoires différentes pour manipuler le CO2 artérielle (PaCO2) et je démontre que les résultats peuvent varier de manière significative lorsque les manipulations ne sont pas conçues pour fonctionner dans l’intervalle linéaire de la courbe dose-réponse du CO2. Le Chapitre 4 comprend deux études complémentaires visant à déterminer le niveau de reproductibilité qui peut être obtenu en utilisant des méthodes plus récentes pour la mesure de la RVC. La première étude a abouti à la mise au point technique d’un appareil qui permet des manipulations respiratoires du CO2 de manière simple, sécuritaire et robuste. La méthode respiratoire améliorée a été utilisée dans la seconde étude – de neuro-imagerie – où la sensibilité et la reproductibilité de la RVC, mesurée par pCASL, ont été examinées. La technique d’imagerie pCASL a pu détecter des réponses de perfusion induites par la variation du CO2 dans environ 90% du cortex cérébral humain et la reproductibilité de ces mesures était comparable à celle d’autres mesures hémodynamiques déjà adoptées dans la pratique clinique. Enfin, dans le Chapitre 5, je présente un modèle mathématique qui décrit la RVC en termes de changements du PaCO2 liés à l’osmolarité du sang. Les réponses prédites par ce modèle correspondent étroitement aux changements hémodynamiques mesurés avec pCASL ; suggérant une contribution supplémentaire à la réactivité du système vasculaire cérébral en lien avec le CO2.

Selective effects of Lactobacillus casei Shirota on T cell activation, natural killer cell activity and cytokine production

Modulation of host immunity is an important potential mechanism by which probiotics confer health benefits. This study was designed to investigate the effects of a probiotic strain, Lactobacillus casei Shirota (LcS), on immune function, using human peripheral blood mononuclear cells (PBMC) in vitro. In addition, the role of monocytes in LcS-induced immunity was also explored. LcS promoted natural killer (NK) cell activity and preferentially induced expression of CD69 and CD25 on CD8+ and CD56+ subsets in the absence of any other stimulus. LcS also induced production of IL-1β, IL-6, TNF-α, IL-12 and IL-10 in the absence of lipopolysaccharide (LPS). In the presence of LPS, LcS enhanced IL-1β production, but inhibited LPS-induced IL-10 and IL-6 production, and had no further effect on TNF-α and IL-12 production. Monocyte-depletion significantly reduced the impact of LcS on lymphocyte activation, cytokine production and NK cell activity. In conclusion, LcS preferentially activated cytotoxic lymphocytes in both the innate and specific immune system, which suggests that LcS could potentiate the destruction of infected cells in the body. LcS also induced both pro-inflammatory and anti-inflammatory cytokine production in the absence of LPS, but inhibited LPS-induced cytokine production in some cases. Monocytes play an important role in LcS-induced immunological responses.

Low relative humidity triggers RNA-directed de novo DNA methylation and suppression of genes controlling stomatal development

Environmental cues influence the development of stomata on the leaf epidermis, and allow plants to exert plasticity in leaf stomatal abundance in response to the prevailing growing conditions. It is reported that Arabidopsis thaliana ‘Landsberg erecta’ plants grown under low relative humidity have a reduced stomatal index and that two genes in the stomatal development pathway, SPEECHLESS and FAMA, become de novo cytosine methylated and transcriptionally repressed. These environmentally-induced epigenetic responses were abolished in mutants lacking the capacity for de novo DNA methylation, for the maintenance of CG methylation, and in mutants for the production of short-interfering non-coding RNAs (siRNAs) in the RNA-directed DNA methylation pathway. Induction of methylation was quantitatively related to the induction of local siRNAs under low relative humidity. Our results indicate the involvement of both transcriptional and post-transcriptional gene suppression at these loci in response to environmental stress. Thus, in a physiologically important pathway, a targeted epigenetic response to a specific environmental stress is reported and several of its molecular, mechanistic components are described, providing a tractable platform for future epigenetics experiments. Our findings suggest epigenetic regulation of stomatal development that allows for anatomical and phenotypic plasticity, and may help to explain at least some of the plant’s resilience to fluctuating relative humidity.

Evaluation of the genotoxicity of cellulose nanofibers

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Interference of vaccinal antibodies on serological diagnosis of leptospirosis in vaccinated buffalo using two types of commercial vaccines

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Different inflammatory stimuli in the footpad of mice influence the kinetics of resident peritoneal cells

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)