4-Aminopyridine inhibits the neuromuscular effects of nitric oxide and 8-Br-cGMP

The effects induced by nitric oxide (NO) in different tissues depend on direct and/or indirect interactions with K+ channels. The indirect interaction of NO is produced by activation of guanylyl cyclase which increases the intracellular cGMP. Since NO, cGMP and 4-aminopyridine alone induce tetanic fade and increase amplitude of muscular contractions in isolated rat neuromuscular preparations, the present study was undertaken to determine whether or not the neuromuscular effects of NO and 8-Br-cGMP can be modified by 4-aminopyridine. Using the phrenic nerve and diaphragm muscle isolated from male Wistar rats (200-250 g), we observed that L-arginine (4.7 mM) and 8-Br-cGMP (18 µM), in contrast to D-arginine, induced an increase in the amplitude of muscle contraction (10.5 ± 0.7%, N = 10 and 8.0 ± 0.7%, N = 10) and tetanic fade (15 ± 2.0%, N = 8 and 11.6 ± 1.7%, N = 8) at 0.2 and 50 Hz, respectively. N G-nitro-L-arginine (4 mM, N = 8 and 8 mM, N = 8) antagonized the effects of L-arginine. 4-Aminopyridine (1 and 10 µM) caused a dose-dependent increase in the amplitude of muscle contraction (15 ± 1.8%, N = 9 and 40 ± 3.1%, N = 10) and tetanic fade (17.7 ± 3.3%, N = 8 and 37.4 ± 1.3%, N = 8). 4-Aminopyridine (1 µM, N = 8) did not cause any change in muscle contraction amplitude or tetanic fade of preparations previously paralyzed with d-tubocurarine or stimulated directly. The effects induced by 4-aminopyridine alone were similar to those observed when the drug was administered in combination with L-arginine or 8-Br-cGMP. The data suggest that the blockage of K+ channels produced by 4-aminopyridine inhibits the neuromuscular effects induced by NO and 8-Br-cGMP. Therefore, the presynaptic effects induced by NO seem to depend on indirect interactions with K+ channels.

Cardiac and vascular effects of diltiazem, dobutamine and amrinone, drugs used after myocardial revascularization

Hemodynamic care during postoperative management of myocardial revascularization should include vasorelaxing drugs to insure adequate graft and coronary flow, and stimulation of stroke volume to maintain vascular perfusion pressure. We tested the cardiac (inotropic and lusitropic) and vascular (relaxant) effects of diltiazem (0.1 nM to 0.1 mM), dobutamine (10 µM to 10 mM) and amrinone (10 µM to 1 mM) on isolated rat atria and thoracic aorta, and also on isolated human saphenous vein (HSV) and human mammary artery (HMA). Dobutamine produced a maximal positive inotropic effect (+dF/dt max = 29 ± 7%) at its ED50 for aortic relaxation (88 ± 7 µM). Conversely, at their ED50 for aortic relaxation diltiazem depressed myocardial contractility and amrinone did not exhibit myocardial effects. In HSV and HMA contracted with 80 mM potassium, diltiazem and dobutamine (but not amrinone) had a vasorelaxant activity similar to that in rat aorta. Norepinephrine-contracted human vessels were significantly more sensitive than potassium-contracted vessels to the relaxant effect of amrinone (ED50 HMA = 15 ± 5 µM, ED50 HSV = 72 ± 31 µM, P < 0.05). We conclude that at concentrations still devoid of myocardial effects dobutamine and amrinone are effective dilators in graft segment vessels and rat aorta contracted by membrane depolarization. If the difference between aortic and myocardial tissue still holds in human tissues, at the appropriate concentrations these drugs should be expected to improve cardiac performance while still contributing to the maintenance of graft patency.

Involvement of glutamate and reactive oxygen species in methylmercury neurotoxicity

This review addresses the mechanisms of methylmercury (MeHg)-induced neurotoxicity, specifically examining the role of oxidative stress in mediating neuronal damage. A number of critical findings point to a central role for astrocytes in mediating MeHg-induced neurotoxicity as evidenced by the following observations: a) MeHg preferentially accumulates in astrocytes; b) MeHg specifically inhibits glutamate uptake in astrocytes; c) neuronal dysfunction is secondary to disturbances in astrocytes. The generation of reactive oxygen species (ROS) by MeHg has been observed in various experimental paradigms. For example, MeHg enhances ROS formation both in vivo (rodent cerebellum) and in vitro (isolated rat brain synaptosomes), as well as in neuronal and mixed reaggregating cell cultures. Antioxidants, including selenocompounds, can rescue astrocytes from MeHg-induced cytotoxicity by reducing ROS formation. We emphasize that oxidative stress plays a significant role in mediating MeHg-induced neurotoxic damage with active involvement of the mitochondria in this process. Furthermore, we provide a mechanistic overview on oxidative stress induced by MeHg that is triggered by a series of molecular events such as activation of various kinases, stress proteins and other immediate early genes culminating in cell damage.

Cardiovascular activity of the n-butanol fraction of the methanol extract of Loranthus ferrugineus Roxb.

We investigated the vascular responses and the blood pressure reducing effects of different fractions obtained from the methanol extract of Loranthus ferrugineus Roxb. (F. Loranthaceae). By means of solvent-solvent extraction, L. ferrugineus methanol extract (LFME) was successively fractionated with chloroform, ethyl acetate and n-butanol. The ability of these LFME fractions to relax vascular smooth muscle against phenylephrine (PE)- and KCl-induced contractions in isolated rat aortic rings was determined. In another set of experiments, LFME fractions were tested for blood pressure lowering activity in anesthetized adult male Sprague-Dawley rats (250-300 g, 14-18 weeks). The n-butanol fraction of LFME (NBF-LFME) produced a significant concentration-dependent inhibition of PE- and KCl-induced aortic ring contractions compared to other fractions. Moreover, NBF-LFME had a significantly higher relaxant effect against PE- than against high K+-induced contractions. In anesthetized Sprague-Dawley rats, NBF-LFME significantly lowered blood pressure in a dose-dependent manner and with a relatively longer duration of action compared to the other fractions. HPLC, UV and IR spectra suggested the presence of terpenoid constituents in both LFME and NBF-LFME. Accordingly, we conclude that NBF-LFME is the most potent fraction producing a concentration-dependent relaxation in vascular smooth muscle in vitro and a dose-dependent blood pressure lowering activity in vivo. The cardiovascular effects of NBF-LFME are most likely attributable to its terpenoid content.

Modulatory effects of taurine on jejunal contractility

Taurine (2-aminoethanesulfonic acid) is widely distributed in animal tissues and has diverse pharmacological effects. However, the role of taurine in modulating smooth muscle contractility is still controversial. We propose that taurine (5-80 mM) can exert bidirectional modulation on the contractility of isolated rat jejunal segments. Different low and high contractile states were induced in isolated jejunal segments of rats to observe the effects of taurine and the associated mechanisms. Taurine induced stimulatory effects on the contractility of isolated rat jejunal segments at 3 different low contractile states, and inhibitory effects at 3 different high contractile states. Bidirectional modulation was not observed in the presence of verapamil or tetrodotoxin, suggesting that taurine-induced bidirectional modulation is Ca2+dependent and requires the presence of the enteric nervous system. The stimulatory effects of taurine on the contractility of isolated jejunal segments was blocked by atropine but not by diphenhydramine or by cimetidine, suggesting that muscarinic-linked activation was involved in the stimulatory effects when isolated jejunal segments were in a low contractile state. The inhibitory effects of taurine on the contractility of isolated jejunal segments were blocked by propranolol and L-NG-nitroarginine but not by phentolamine, suggesting that adrenergic β receptors and a nitric oxide relaxing mechanism were involved when isolated jejunal segments were in high contractile states. No bidirectional effects of taurine on myosin phosphorylation were observed. The contractile states of jejunal segments determine taurine-induced stimulatory or inhibitory effects, which are associated with muscarinic receptors and adrenergic β receptors, and a nitric oxide associated relaxing mechanism.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Antidiabetic activity of Vaccinium vitis-idaea, a medicinal plant from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

L’incidence du diabète chez les premières nations du Canada est plus de trois fois celle du reste du pays, dû, en partie, aux traitements culturellement inappropriés. Notre projet vise à traiter le diabète chez ces populations à partir de leur pharmacopée de médicine traditionnelle afin d’améliorer l’acceptation des traitements. En utilisant une approche ethnobotanique, notre équipe a identifié 17 plantes médicinales utilisées pour traiter des symptômes du diabète par les Cris d'Eeyou Istchee (Baie James, Québec). Parmi eux, l'extrait éthanolique de baies de Vaccinium vitis-idaea a montré un effet stimulateur sur le transport du glucose dans les cellules musculaires squelettiques et les adipocytes en culture. Le but de cette thèse était d’élucider les mécanismes par lesquels cet extrait exerce ses effets anti-hyperglycémiants, d’identifier ses principes actifs et de confirmer in vivo, son efficacité. Les résultats démontrent que V.vitis a augmenté le transport du glucose dans les cellules musculaires en cultures, C2C12 et L6 et a stimulé la translocation des transporteurs GLUT4 dans les cellules L6. L'extrait a également inhibé la respiration dans les mitochondries isolées du foie du rat. Cet effet est semblable à celui de la metformine et en lien avec la production du stress métabolique et l'activation de l'AMPK. De plus, la voie de signalisation de l’insuline ne semble pas être impliquée dans le mécanisme d’action de V. vitis. Le fractionnement guidé par la stimulation du transport du glucose a mené à l'isolation des principes actifs; la quercétine, la quercétine-3-O-galactoside, et la quercétine-3-O-glucoside. Comparable à l'extrait brut, ses composés ont stimulé la voie AMPK. Cependant, la quércetine était la seule à inhiber la respiration mitochondriale. Pour valider l'effet de V.vitis in vivo, l'extrait (1% dans l'eau de boisson) a été administré aux souris KKAy pendant 10 jours. La glycémie et le poids corporel ont été significativement réduits par V.vitis. Ces effets ont été associés à une diminution de la prise alimentaire, ce qui suggère que V.vitis diminue l'appétit. L'étude pair-fed a confirmé que les effets de V.vitis sont, majoritairement, dû à la réduction de l’appétit. De plus, V.vitis a augmenté la teneur en GLUT4 dans le muscle squelettique, a stimulé la iv phosphorylation de l'ACC et a augmenté les niveaux de PPAR-α dans le foie des souris KKAy. Ces effets se voient être additifs à l’effet anorexigène de V. vitis. Au cours du fractionnement bioguidé de l’extrait, l’ester méthylique de l'acide caféique (CAME), un produit formé lors de la procédure du fractionnement, a démontré un effet stimulateur puissant sur le transport du glucose dans les celules C2C12 et donc un potentiel anti-diabétique. Pour identifier d'autres acides caféique active (AC) et pour élucider leurs relations structure-activité et structure-toxicité, vingt dérivés AC ont été testés. Outre CAME, quatre composés ont stimulé le transport du glucose et ont activé l'AMPK suite au stress métabolique résultant d'un découplage de la phosphorylation oxydative mitochondriale. L’activité nécessite une fonction d’AC intacte dépourvu de groupements fortement ionisés et ceci était bien corrélée avec la lipophilicite et la toxicité. Les résultats de cette thèse soutiennent le potentiel thérapeutique de V. vitis, ses composés actifs ainsi que de la famille de l’AC et pour la prévention et le traitement du diabète.

L’inhibition des cytochromes P450 dans les cas d’insuffisance rénale chronique : rôle de l’hormone parathyroïdienne.

L’insuffisance rénale chronique (IRC) est associée à une réduction du métabolisme de plusieurs médicaments, due à une diminution du cytochrome P450 (CYP450) hépatique. Nos études précédentes ont montré que l’IRC affecte l’activité in vivo et in vitro, de même que l’expression protéique et génique des différents isoformes du CYP450, via la présence du sérum urémique et de l’hormone parathyroïdienne (PTH). Ce projet de doctorat se divise en quatre parties. Premièrement, nous avons développé une méthode d’analyse de l’activité du CYP450, à l’aide de la production du 3-hydroxy-5,5-dimethyl-4-[4-(methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFH) à partir du 3-[(3,4-difluorobenzyl)oxy]-5,5-dimethyl-4-[4-methylsulfonyl)phenyl] furan-2(5H)-one (DFB). Cette méthode nous a permis de mieux quantifier l’activité dans les études subséquentes. Deuxièmement, l’activité du CYP450 3A est diminuée chez les patients atteints d’IRC. De plus, il a déjà été démontré que des toxines urémiques dialysables seraient impliquées puisque l’hémodialyse prévient cette inhibition du CYP450. Par contre, le mécanisme expliquant l’amélioration transitoire la composition du sérum de patients atteints d’IRC par l’hémodialyse n’est pas connu. L’objectif du projet est d’évaluer l’effet de l’hémodialyse sur l’expression protéique et génique, de même que sur l’activité du CYP450 3A2 dans un modèle d’hépatocytes de rat en culture. Troisièmement, la déficience en calcidiol est fréquente dans les cas d’IRC et l’étiologie est peu connue. Nous avons récemment montré que l’IRC est associée à une diminution du métabolisme des médicaments par le foie suite à une réduction des différents isoformes du CYP450 en partie médiée par l’hormone parathyroïdienne (PTH). La 25-hydroxylation de la vitamine D, au niveau du foie, permet la formation du calcidiol par différents isoformes du CYP450 (CYP2C11, 27A1, 2R1, 3A2 et 2J3) et pourrait être ainsi altérée en présence d’IRC. Les objectifs de cette étude sont de a) confirmer la diminution de synthèse de calcidiol en présence d’IRC et b) évaluer le rôle de la PTH dans la déficience en calcidiol. Finalement, afin de mieux comprendre les inhibitions du CYP450, nous avons étudié les voies de signalisation impliquées dans la régulation du CYP450 en présence d’IRC et avec la PTH puisque les mécanismes d’action demeurent imprécis. La contribution des facteurs de transcription et des récepteurs nucléaires suivants est étudiée ; le récepteur pregnane X (PXR), le récepteur constitutif androstane (CAR) et le facteur nucléaire kappa B (NF-κB), puisqu’ils sont potentiellement activés par le récepteur de la PTH et ces molécules ont été précédemment impliqués dans la régulation du CYP450. Les résultats obtenus montrent que l’hémodialyse des patients atteints d’IRC améliore transitoirement l’expression du CYP450 lorsque des hépatocytes sont mis en culture avec du sérum provenant de ces patients. Aussi, la 25-hydroxylation de la vitamine D est affectée par l’IRC. Les voies de signalisation du NF-κB et les facteurs nucléaires PXR et CAR sont impliqués dans l’inhibition du CYP450. En conclusion, l’IRC affecte, non seulement le métabolisme des médicaments mais aussi l’hydroxylation de la vitamine D, un des rôles endogènes effectués par le CYP450. Ces études nous permettent de mieux comprendre les effets de l’IRC afin de mieux cibler les traitements de choix pour les patients qui en sont atteints.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.

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.‎

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.

Expressions and activities of cell cycle regulatory molecules during the transition from myocyte hyperplasia to hypertrophy

The role of cell cycle dependent molecules in controlling the switch from cardiac myocyte hyperplasia to hypertrophy remains unclear, although in the rat this process occurs between day 3 and 4 after birth. In this study we have determined (1) cell cycle profiles by fluorescence activated cell sorting (FACS); and (2) expressions, co-expressions and activities of a number of cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs) and CDK inhibitors by reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR), immunoblotting andin vitrokinase assays in freshly isolated rat cardiac myocytes obtained from 2, 3, 4 and 5-day-old animals. The percentage of myocytes found in the S phase of the cell cycle decreased significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy (5.5, 3.5, 2.3 and 1.9% of cells in 2-, 3-, 4- and 5-day-old myocytes, respectively,P<0.05), concomitant with a significant increase in the percentage of G0/G1phase cells. At the molecular level, the expressions and activities of G1/S and G2/M phase acting cyclins and CDKs were downregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy, whereas the expressions and activities of G1phase acting cyclins and CDKs were upregulated significantly during this transition. In addition, p21CIP1- and p27KIP1- associated CDK kinase activities remained relatively constant when histone H1 was used as a substrate, whereas phosphorylation of the retinoblastoma protein was upregulated significantly during the transition from hyperplasia to hypertrophy. Thus, there is a progressive and significant G0/G1phase blockade during the transition from myocyte hyperplasia to hypertrophy. Whilst CDK2 and cdc2 may be pivotal in the withdrawal of cardiac myocytes from the cell cycle, CDK4 and CDK6 may be critical for maintaining hypertrophic growth of the myocyte during development.

Caffeic and chlorogenic acids in Ilex paraguariensis extracts are the main inhibitors of AGE generation by methylglyoxal in model proteins

The present study concentrates on the evaluation of the anti-glycation effect of some bioactive substances present in yerba mate (Ilex paraguariensis): 5-caffeoylquinic acid, caffeic acid and a sapogenin (oleanolic acid). Bovine serum albumin and histones were incubated in the presence of methylglyoxal with or without the addition of 5-caffeoylquinic acid, caffeic acid and oleanolic acid. After the incubation period, advanced glycation end product (AGE) fluorescence spectra were performed and protein structural changes were evaluated by Sodium Dodecyl Sulfate Polyacrylamide Gel Electrophoresis. Chlorogenic acid, caffeic acid are the main substances responsible for the anti-glycation effect of mate tea. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Short-Term Modulation of Extracellular Signal-Regulated Kinase 1/2 and Stress-Activated Protein Kinase/c-Jun NH2-Terminal Kinase in Pancreatic Islets by Glucose and Palmitate Possible Involvement of Ceramide

Objectives: The effect of glucose and palmitate on the phosphorylation of proteins associated with cell growth and survival (extracellular signal-regulated kinase 1/2 [ERK1/2] and stress-activated protein kinase/c-Jun NH2-terminal kinase [SAPK/JNK]) and on the expression of immediate early genes was investigated. Methods: Groups of freshly isolated rat pancreatic islets were incubated in 10-mmol/L glucose with palmitate, LY294002, or fumonisin B1 for the measurement of the phosphorylation and the content of ERK1/2, JNK/SAPK, and v-akt murine thymoma viral oncongene (AKT) (serine 473) by immunoblotting. The expressions of the immediate early genes, c-fos and c-jun, were evaluated by reverse transcription-polymerase chain reaction. Results: Glucose at 10 mmol/L induced ERK1/2 and AKT phosphorylations and decreased SAPK/JNK phosphorylation. Palmitate (0.1 mmol/L) abolished the glucose effect on ERK1/2, AKT, and SAPK/JNK phosphorylations. LY294002 caused a similar effect. The inhibitory effect of palmitate on glucose-induced ERK1/2 and AKT phosphorylation changes was not observed in the presence of fumonisin B1. Glucose increased c-fos and decreased c-jun expressions. Palmitate and LY294002 abolished these latter glucose effects. The presence of fumonisin B1 abolished the effect induced by palmitate on c-jun expression. Conclusions: Our results suggest that short-term changes of mitogen-activated protein kinase and AKT signaling pathways and c-fos and c-jun expressions caused by glucose are abolished by palmitate through phosphatidylinositol 3-kinase inhibition via ceramide synthesis.