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.

New nitric oxide donors based on ruthenium complexes

Nitric oxide (NO) donors produce NO-related activity when applied to biological systems. Among its diverse functions, NO has been implicated in vascular smooth muscle relaxation. Despite the great importance of NO in biological systems, its pharmacological and physiological studies have been limited due to its high reactivity and short half-life. In this review we will focus on our recent investigations of nitrosyl ruthenium complexes as NO-delivery agents and their effects on vascular smooth muscle cell relaxation. The high affinity of ruthenium for NO is a marked feature of its chemistry. The main signaling pathway responsible for the vascular relaxation induced by NO involves the activation of soluble guanylyl-cyclase, with subsequent accumulation of cGMP and activation of cGMP-dependent protein kinase. This in turn can activate several proteins such as K+ channels as well as induce vasodilatation by a decrease in cytosolic Ca2+. Oxidative stress and associated oxidative damage are mediators of vascular damage in several cardiovascular diseases, including hypertension. The increased production of the superoxide anion (O2-) by the vascular wall has been observed in different animal models of hypertension. Vascular relaxation to the endogenous NO-related response or to NO released from NO deliverers is impaired in vessels from renal hypertensive (2K-1C) rats. A growing amount of evidence supports the possibility that increased NO inactivation by excess O2- may account for the decreased NO bioavailability and vascular dysfunction in hypertension.

The methyl ester of rosuvastatin elicited an endothelium-independent and 3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase-independent relaxant effect in rat aorta

The relaxant effect of the methyl ester of rosuvastatin was evaluated on aortic rings from male Wistar rats (250-300 g, 6 rats for each experimental group) with and without endothelium precontracted with 1.0 µM phenylephrine. The methyl ester presented a slightly greater potency than rosuvastatin in relaxing aortic rings, with log IC50 values of -6.88 and -6.07 M, respectively. Unlike rosuvastatin, the effect of its methyl ester was endothelium-independent. Pretreatment with 10 µM indomethacin did not inhibit, and pretreatment with 1 mM mevalonate only modestly inhibited the relaxant effect of the methyl ester. Nω-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME, 10 µM), the selective nitric oxide-2 (NO-2) inhibitor 1400 W (10 µM), tetraethylammonium (TEA, 10 mM), and cycloheximide (10 µM) partially inhibited the relaxant effect of the methyl ester on endothelium-denuded aortic rings. However, the combination of TEA plus either L-NAME or cycloheximide completely inhibited the relaxant effect. Inducible NO synthase (NOS-2) was only present in endothelium-denuded aortic rings, as demonstrated by immunoblot with methyl ester-treated rings. In conclusion, whereas rosuvastatin was associated with a relaxant effect dependent on endothelium and hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase in rat aorta, the methyl ester of rosuvastatin exhibited an endothelium-independent and only slightly hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase-dependent relaxant effect. Both NO produced by NOS-2 and K+ channels are involved in the relaxant effect of the methyl ester of rosuvastatin.

Mechanisms of long-term modulation of synaptic transmission in crayfish

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999 B56 M68 2007

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.

Études du remodelage vasculaire utérin durant la grossesse : caractérisation du rôle de l’œstrogène et de son action vasorelaxante

La grossesse est un état physiologique particulier où de nombreux changements fonctionnels et structuraux surviennent. Chez la rate, pour répondre aux besoins grandissants du fœtus, l’artère utérine se développe pour atteindre le double de son diamètre original avant parturition. Par conséquent, le débit sanguin utérin augmente d’environ vingt fois. Pour ce faire, les vaisseaux utérins sont l’objet d’un remodelage caractérisé par une hypertrophie et une hyperplasie des différentes composantes de la paroi. De plus, ce remodelage est complètement réversible après la parturition, par opposition au remodelage vasculaire « pathologique » qui affecte les artères systémiques, dans l’hypertension chronique, par exemple. La grossesse s’accompagne aussi de modifications hormonales importantes, comme les œstrogènes dont la concentration s’accroît progressivement au cours de cette période. Elle atteindra une concentration trois cents fois plus élevée avant terme que chez une femme non gravide. Cette hormone possède de multiples fonctions, ainsi qu’un mode d’action à la fois génomique et non génomique. Considérant l’ensemble de ces éléments, nous avons formulé l’hypothèse que l’œstradiol serait responsable de modifier la circulation utérine durant la grossesse, par son action vasorelaxante, mais aussi en influençant le remodelage de la vasculature utérine. Nous avons montré que le 17β-Estradiol (17β-E2) produit une relaxation due à un effet non génomique des artères utérines en agissant directement sur le muscle lisse par un mécanisme indépendant du monoxyde d’azote et des récepteurs classiques aux œstrogènes (ERα, ERβ). De plus, la relaxation induite par le 17β-E2 dans l’artère utérine durant la gestation est réduite par rapport à celle des artères des rates non gestantes. Ceci serait attribuable à une diminution de monoxyde d’azote provenant de la synthase de NO neuronale dans les muscles lisses des artères utérines. Nos résultats démontrent que le récepteur à l’œstrogène couplé aux protéines G (GPER), la protéine kinase A (PKA) et la protéine kinase G (PKG) ne sont pas impliqués dans la signalisation intracellulaire associée à l’effet vasorelaxant induit par le 17β-E2. Cependant, nous avons montré une implication probable des canaux potassiques sensibles au voltage, ainsi qu’un rôle possible des canaux potassiques de grande conductance activés par le potentiel et le calcium (BKCa). En effet, le penitrem A, un antagoniste présumé des canaux potassiques à grande conductance, réduit la réponse vasoralaxante du 17β-E2. Toutefois, une autre action du penitrem A n’est pas exclue, car l’ibériotoxine, reconnue pour inhiber les mêmes canaux, n’a pas d’effet sur cette relaxation. Quoi qu’il en soit, d’autres études sont nécessaires pour obtenir une meilleure compréhension des mécanismes impliqués dans la relaxation non génomique sur le muscle lisse des artères utérines. Quant à l’implication de l’œstrogène sur le remodelage des artères utérines durant la gestation, nous avons tenté d’inhiber la synthèse d’œstrogènes durant la gestation en utilisant un inhibiteur de l’aromatase. Plusieurs paramètres ont été évalués (paramètres sanguins, réactivité vasculaire, pression artérielle) sans changements significatifs entre le groupe contrôle et celui traité avec l’inhibiteur. Le même constat a été fait pour le dosage plasmatique de l’œstradiol, ce qui suggère l’inefficacité du blocage de l’aromatase dans ces expériences. Ainsi, notre protocole expérimental n’a pas réussi à inhiber la synthèse d’œstrogène durant la grossesse chez le rat et, ce faisant, nous n’avons pas pu vérifier notre hypothèse. En conclusion, nous avons démontré que le 17β-E2 agit de façon non génomique sur les muscles lisses des artères utérines qui implique une action sur les canaux potassiques de la membrane cellulaire. Toutefois, notre protocole expérimental n’a pas été en mesure d’évaluer les effets génomiques associés au remodelage vasculaire utérin durant la gestation et d’autres études devront être effectuées.

Modulation de la neurogénèse par la glycine

Les vertébrés, du poisson à l'homme, possèdent un potentiel membranaire médié en partie par les ions chlorure (Cl-). L’une des premières formes d’activité neuronale lors du développement est la dépolarisation médiée par les ions chlorures extrudés par les canaux glycinergiques (GlyR) et GABAergiques. Cette dépolarisation est rendu possible grâce à l’expression retardée du co-transporteur d’ions chlorure et de potassium KCC2 lors du développement qui génère un gradient hyperpolarisant postnatalement chez les mammifères. Le rôle de cette dépolarisation précoce paradoxale durant le développement est inconnu. En injectant l’ARNm de KCC2 dans des embryons de poissons zébrés nouvellement fertilisé, nous avons devancé l’expression de ce co-transporteur rendant ainsi la glycine hyperpolarisante dans tous les neurones dès les premières phases du développement. Nous avons aussi ciblé le récepteur glycinergique directement en bloquant son activité et son expression à l’aide d’une drogue spécifique, la strychnine et d’un morpholino antisens (Knockdown). Dans les trois cas (KCC2, strychnine et GlyR KD), les perturbations de l’activité neuronale ont provoqués des erreurs dans la neurogenèse, en particulier une diminution du nombre d’interneurones sans avoir d’effets sur les motoneurones et les neurones sensoriels. De plus, en bloquant les canaux calciques activés à bas voltage dans le développement avec la drogue nifedipine, il y a des erreurs dans la neurogénèse semblables à celles remarquées dans les trois conditions précédentes. Nous concluons que la dépolarisation précoce par la glycine permet l’entrée du calcium et l’activation de la neurogénèse chez les interneurones.

Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Étude des œstrogènes sur la repolarisation cardiaque et de la grossesse sur l’électrocardiographie chez la souris

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes.

Carbon monoxide protects against oxidant-induced apoptosis via inhibition of Kv2.1

Oxidative stress induces neuronal apoptosis and is implicated in cerebral ischemia, head trauma, and age-related neurodegenerative diseases. An early step in this process is the loss of intracellular K(+) via K(+) channels, and evidence indicates that K(v)2.1 is of particular importance in this regard, being rapidly inserted into the plasma membrane in response to apoptotic stimuli. An additional feature of neuronal oxidative stress is the up-regulation of the inducible enzyme heme oxygenase-1 (HO-1), which catabolizes heme to generate biliverdin, Fe(2+), and carbon monoxide (CO). CO provides neuronal protection against stresses such as stroke and excitotoxicity, although the underlying mechanisms are not yet elucidated. Here, we demonstrate that CO reversibly inhibits K(v)2.1. Channel inhibition by CO involves reactive oxygen species and protein kinase G activity. Overexpression of K(v)2.1 in HEK293 cells increases their vulnerability to oxidant-induced apoptosis, and this is reversed by CO. In hippocampal neurons, CO selectively inhibits K(v)2.1, reverses the dramatic oxidant-induced increase in K(+) current density, and provides marked protection against oxidant-induced apoptosis. Our results provide a novel mechanism to account for the neuroprotective effects of CO against oxidative apoptosis, which has potential for therapeutic exploitation to provide neuronal protection in situations of oxidative stress.

Molecular targets underlying SUMO-mediated neuroprotection in brain ischemia

SUMOylation (small ubiquitin-like modifier conjugation) is an important post-translational modification which is becoming increasingly implicated in the altered protein dynamics associated with brain ischemia. The function of SUMOylation in cells undergoing ischemic stress and the identity of small ubiquitin-like modifier (SUMO) targets remain in most cases unknown. However, the emerging consensus is that SUMOylation of certain proteins might be part of an endogenous neuroprotective response. This review brings together the current understanding of the underlying mechanisms and downstream effects of SUMOylation in brain ischemia, including processes such as autophagy, mitophagy and oxidative stress. We focus on recent advances and controversies regarding key central nervous system proteins, including those associated with the nucleus, cytoplasm and plasma membrane, such as glucose transporters (GLUT1, GLUT4), excitatory amino acid transporter 2 glutamate transporters, K+ channels (K2P1, Kv1.5, Kv2.1), GluK2 kainate receptors, mGluR8 glutamate receptors and CB1 cannabinoid receptors, which are reported to be SUMO-modified. A discussion of the roles of these molecular targets for SUMOylation could play following an ischemic event, particularly with respect to their potential neuroprotective impact in brain ischemia, is proposed.

Proteomics of the neurotoxic fraction from the sea anemone Bunodosoma cangicum venom: Novel peptides belonging to new classes of toxins

In contrast to the many studies on the venoms of scorpions, spiders, snakes and cone snails, tip to now there has been no report of the proteomic analysis of sea anemones venoms. In this work we report for the first time the peptide mass fingerprint and some novel peptides in the neurotoxic fraction (Fr III) of the sea anemone Bunodosoma cangicum venom. Fr III is neurotoxic to crabs and was purified by rp-HPLC in a C-18 column, yielding 41 fractions. By checking their molecular masses by ESI-Q-Tof and MALDI-Tof MS we found 81 components ranging from near 250 amu to approximately 6000 amu. Some of the peptidic molecules were partially sequenced through the automated Edman technique. Three of them are peptides with near 4500 amu belonging to the class of the BcIV, BDS-I, BDS-II, APETx1, APETx2 and Am-II toxins. Another three peptides represent a novel group of toxins (similar to 3200 amu). A further three molecules (similar to similar to 4900 amu) belong to the group of type 1 sodium channel neurotoxins. When assayed over the crab leg nerve compound action potentials, one of the BcIV- and APETx-like peptides exhibits an action similar to the type 1 sodium channel toxins in this preparation, suggesting the same target in this assay. On the other hand one of the novel peptides, with 3176 amu, displayed an action similar to potassium channel blockage in this experiment. In summary, the proteomic analysis and mass fingerprint of fractions from sea anemone venoms through MS are valuable tools, allowing us to rapidly predict the occurrence of different groups of toxins and facilitating the search and characterization of novel molecules without the need of full characterization of individual components by broader assays and bioassay-guided purifications. It also shows that sea anemones employ dozens of components for prey capture and defense. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Cell coupling in mouse pancreatic beta-cells measured in intact islets of Langerhans

The perforated whole-cell configuration of the patch-clamp technique was applied to functionally identified beta-cells in intact mouse pancreatic islets to study the extent of cell coupling between adjacent beta-cells. Using a combination of current- and voltage-clamp recordings, the total gap junctional conductance between beta-cells in an islet was estimated to be 1.22 nS. The analysis of the current waveforms in a voltage-clamped cell ( due to the. ring of an action potential in a neighbouring cell) suggested that the gap junctional conductance between a pair of beta-cells was 0.17 nS. Subthreshold voltage-clamp depolarization (to -55 mV) gave rise to a slow capacitive current indicative of coupling between beta-cells, but not in non-beta-cells, with a time constant of 13.5 ms and a total charge movement of 0.2 pC. Our data suggest that a superficial beta-cell in an islet is in electrical contact with six to seven other beta-cells. No evidence for dye coupling was obtained when cells were dialysed with Lucifer yellow even when electrical coupling was apparent. The correction of the measured resting conductance for the contribution of the gap junctional conductance indicated that the whole-cell K(ATP) channel conductance (G(K,ATP)) falls from approximately 2.5 nS in the absence of glucose to 0.1 nS at 15 mM glucose with an estimated IC(50) of approximately 4 mM. Theoretical considerations indicate that the coupling between beta-cells within the islet is sufficient to allow propagation of [Ca(2+)](i) waves to spread with a speed of approximately 80 mu m s(-1), similar to that observed experimentally in confocal [Ca(2+)](i) imaging.

Involvement of Phosphatidylinositol-3 Kinase/AKT/PKC zeta/lambda Pathway in the Effect of Palmitate on Glucose-Induced Insulin Secretion

Objectives: In the present study, a novel pathway by which palmilate potentiates glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells was investigated. Methods: Groups of freshly isolated islets were incubated in 10 mM glucose with palmitate, LY294002, wortmannin, and fumonism B I for measurement of insulin secretion by radioimmunoassay (RIA). Also, phosphorylation and content of AKT and PKC proteins were evaluated by immunoblotting. Results: Glucose plus palmitate and glucose plus LY294002 or wortmannin (PI3K inhibitors) increased glucose-induced insulin secretion by isolated pancreatic islets. Glucose at 10 mM induced AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation. Palmitate (0.1 mM) abolished glucose stimulation of AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation possibly through PI3K inhibition because both LY294002 (50 mu M) and wortmannin (100 nM) caused the same effect. The inhibitory effect of palmitate on glucose-induced AKT and PKC zeta/lambda phosphorylation and the stimulatory effect of palmitate on glucose-induced insulin secretion were not observed in the presence of fumonisin B1, all inhibitor of ceramide synthesis. Conclusions: These findings support the proposition that palmilate increases insulin release in the presence of 10 mM glucose by inhibiting PI3K activity through a mechanism that involves ceramide synthesis.

Influence of fixed electric charges on potential profile across the squid axon membrane

The potential profile for a model of squid axon membrane has been determined for two physiological states: resting and action states. The non-linear Poisson-Boltzmann equation has been solved by considering the volumetric charge densities due to charges dissolved in an electrolytic solution and fixed on both glycocalyx and cytoplasmatic proteins. Results showing the features of the potential profile along the outer electrolytic region are similar for both resting and action states. However, the potential fall along glycocalyx at action state is lower than at resting. A small variation in the Na+ concentration drastically affects the surface membrane potentials and vice versa. We conclude that effects on the potential profile due to surface lipidic bilayer charge and contiguous electric double layers are more relevant than those provoked by fixed charges distributed along the cell cytoplasm. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.