Proliferative signaling initiated in ACTH receptors

This article reviews recent results of studies aiming to elucidate modes of integrating signals initiated in ACTH receptors and FGF2 receptors, within the network system of signal transduction found in Y1 adrenocortical cells. These modes of signal integration should be central to the mechanisms underlying the regulation of the G0->G1->S transition in the adrenal cell cycle. FGF2 elicits a strong mitogenic response in G0/G1-arrested Y1 adrenocortical cells, that includes a) rapid and transient activation of extracellular signal-regulated kinases-mitogen-activated protein kinases (ERK-MAPK) (2 to 10 min), b) transcription activation of c-fos, c-jun and c-myc genes (10 to 30 min), c) induction of c-Fos and c-Myc proteins by 1 h and cyclin D1 protein by 5 h, and d) onset of DNA synthesis stimulation within 8 h. ACTH, itself a weak mitogen, interacts with FGF2 in a complex manner, blocking the FGF2 mitogenic response during the early and middle G1 phase, keeping ERK-MAPK activation and c-Fos and cyclin D1 induction at maximal levels, but post-transcriptionally inhibiting c-Myc expression. c-Fos and c-Jun proteins are mediators in both the strong and the weak mitogenic responses respectively triggered by FGF2 and ACTH. Induction of c-Fos and stimulation of DNA synthesis by ACTH are independent of PKA and are inhibited by the PKC inhibitor GF109203X. In addition, ACTH is a poor activator of ERK-MAPK, but c-Fos induction and DNA synthesis stimulation by ACTH are strongly inhibited by the inhibitor of MEK1 PD98059.

Protein-mediated surface structuring in biomembranes

The lipids and proteins of biomembranes exhibit highly dissimilar conformations, geometrical shapes, amphipathicity, and thermodynamic properties which constrain their two-dimensional molecular packing, electrostatics, and interaction preferences. This causes inevitable development of large local tensions that frequently relax into phase or compositional immiscibility along lateral and transverse planes of the membrane. On the other hand, these effects constitute the very codes that mediate molecular and structural changes determining and controlling the possibilities for enzymatic activity, apposition and recombination in biomembranes. The presence of proteins constitutes a major perturbing factor for the membrane sculpturing both in terms of its surface topography and dynamics. We will focus on some results from our group within this context and summarize some recent evidence for the active involvement of extrinsic (myelin basic protein), integral (Folch-Lees proteolipid protein) and amphitropic (c-Fos and c-Jun) proteins, as well as a membrane-active amphitropic phosphohydrolytic enzyme (neutral sphingomyelinase), in the process of lateral segregation and dynamics of phase domains, sculpturing of the surface topography, and the bi-directional modulation of the membrane biochemical reactivity.

Modulation of rhodopsin gene expression and signaling mechanisms evoked by endothelins in goldfish and murine pigment cell lines

Endothelins (ETs) and sarafotoxins (SRTXs) belong to a family of vasoconstrictor peptides, which regulate pigment migration and/or production in vertebrate pigment cells. The teleost Carassius auratus erythrophoroma cell line, GEM-81, and Mus musculus B16 melanocytes express rhodopsin, as well as the ET receptors, ETB and ETA, respectively. Both cell lines are photoresponsive, and respond to light with a decreased proliferation rate. For B16, the doubling time of cells kept in 14-h light (14L):10-h darkness (10D) was higher compared to 10L:14D, or to DD. The doubling time of cells kept in 10L:14D was also higher compared to DD. Using real-time PCR, we demonstrated that SRTX S6c (12-h treatment, 100 pM and 1 nM; 24-h treatment, 1 nM) and ET-1 (12-h treatment, 10 and 100 pM; 24- and 48-h treatments, 100 pM) increased rhodopsin mRNA levels in GEM-81 and B16 cells, respectively. This modulation involves protein kinase C (PKC) and the mitogen-activated protein kinase cascade in GEM-81 cells, and phospholipase C, Ca2+, calmodulin, a Ca2+/calmodulin-dependent kinase, and PKC in B16 cells. Cells were kept under constant darkness throughout the gene expression experiments. These results show that rhodopsin mRNA levels can be modulated by SRTXs/ETs in vertebrate pigment cells. It is possible that SRTX S6c binding to the ETB receptors in GEM-81 cells, and ET-1 binding to ETA receptors in B16 melanocytes, although activating diverse intracellular signaling mechanisms, mobilize transcription factors such as c-Fos, c-Jun, c-Myc, and neural retina leucine zipper protein. These activated transcription factors may be involved in the positive regulation of rhodopsin mRNA levels in these cell lines.

BMP-2 and titanium particles synergistically activate osteoclast formation

A previous study showed that BMP-2 (bone morphogenetic protein-2) and wear debris can separately support osteoclast formation induced by the receptor activator of NF-κB ligand (RANKL). However, the effect of BMP-2 on wear debris-induced osteoclast formation is unclear. In this study, we show that neither titanium particles nor BMP-2 can induce osteoclast formation in RAW 264.7 mouse leukemic monocyte macrophage cells but that BMP-2 synergizes with titanium particles to enhance osteoclast formation in the presence of RANKL, and that at a low concentration, BMP-2 has an optimal effect to stimulate the size and number of multinuclear osteoclasts, expression of osteoclast genes, and resorption area. Our data also clarify that the effects caused by the increase in BMP-2 on phosphorylated SMAD levels such as c-Fos expression increased throughout the early stages of osteoclastogenesis. BMP-2 and titanium particles stimulate the expression of p-JNK, p-P38, p-IkB, and P50 compared with the titanium group. These data suggested that BMP-2 may be a crucial factor in titanium particle-mediated osteoclast formation.

Activity of brainstem cholinergic neurons during 22 kHz ultrasonic vocalization in rats /

Adult rats emit 22 kHz ultrasonic alann calls in aversive situations. This type of call IS a component of defensive behaviour and it functions predominantly to warn conspecifics about predators. Production of these calls is dependent on the central cholinergic system. The laterodorsal tegmental nucleus (LDT) and pedunculopontine tegmental nucleus (PPT) contain largely cholinergic neurons, which create a continuous column in the brainstem. The LDT projects to structures in the forebrain, and it has been implicated in the initiation of 22 kHz alarm calls. It was hypothesized that release of acetylcholine from the ascending LDT terminals in mesencephalic and diencephalic areas initiates 22 kHz alarm vocalization. Therefore, the tegmental cholinergic neurons should be more active during emission of alarm calls. The aim of this study was to demonstrate increased activity of LDT cholinergic neurons during emission of 22 kHz calls induced by air puff stimuli. Immunohistochemical staining of the enzyme choline acetyltransferase identified cell bodies of cholinergic neurons, and c-Fos immunolabeling identified active cells. Double labeled cells were regarded as active cholinergic cells. There were significantly more (pc-Fos labeled cells in the LDT of vocalizing animals than in control (non-vocalizing air puffed and naIve non-airpuffed) animals. Although the numbers were low, there were also significantly more (p

Developmental differences in locomotor responsiveness to amphetamine in rats

The developmental remodelling of motivational systems that underlie drug dependence and addiction may account for the greater frequency and severity of drug abuse in adolescence compared to adulthood. Recent advances in animal models have begun to identify the morphological and the molecular factors that are being remodelled, but little is known about the culmination of these factors in altered sensitivity to psycho stimulant drugs, like amphetamine, in adolescence. Amphetamine induces potent locomotor activating effects in rodents through increased dopamine release in the mesocorticolimbic dopamine system, which makes locomotor activity a useful behavioural marker of age differences in amphetamine sensitivity. The aim of the thesis was to investigate the neural basis for age differences in amphetamine sensitivity with a focus on the nucleus accumbens and the medial prefrontal cortex, which initiate and regulate amphetamine-induced locomotor activity, respectively. In study 1, I found pre- and post- pubertal adolescent rats to be less active (i.e., hypoactive) than adults to a first injection of 0.5, but not of 1.5, mg/kg of intraperitonealy (i.p.) administered amphetamine. Although initially hypoactive, only adolescent rats exhibited an increase in activity to a second injection of amphetamine given 24 h later, indicating that adolescents may be more sensitive to the rapid changes in amphetamineinduced plasticity than adults. Given that the locomotor activating effects of amphetamine are initiated in the nucleus accumbens, age differences in response to direct injections of amphetamine into this brain region were investigated in study 2. In contrast to i.p. injections, adolescents were more active than adults when amphetamine was given directly into the nucleus accumbens, indicating that hypo activity may be attributed to the development of regulatory regions outside of the accumbens. The medial prefrontal cortex (mPFC) is a key regulator of the locomotor activating effects of amphetamine that undergoes extensive remodelling in adolescence. In study 3, I found that an i.p. injection of 1.5, and not of 0.5, mg/kg of amphetamine resulted in a high expression of c-fos, a marker of neural activation, in the pre limbic mPFC only in pre-pubertal adolescent rats. This finding suggests that the ability of adolescent rats to overcome hypo activity at the 1.5 mg/kg dose may involve greater activation of the prelimbic mPFC compared to adulthood. In support of this hypothesis, I found that pharmacological inhibition of prelimbic D 1 dopamine receptors disrupted the locomotor activating effects of the 1.5 mg/kg dose of amphetamine to a greater extent in adolescent than in adult rats. In addition, the stimulation of prelimbic D 1 dopamine receptors potentiated locomotor activity at the 0.5 mg/kg dose of amphetamine only in adolescent rats, indicating that the prelimbic D1 dopamine receptors are involved in overcoming locomotor hypoactivity during adolescence. Given my finding that the locomotor activating effects of amphetamine rely on slightly different mechanisms in adolescence than in adulthood, study 4 was designed to determine whether the lasting consequences of drug use would also differ with age. A short period of pre-treatment with 0.5 mg/kg of amphetamine in adolescence, but not in adulthood, resulted in heightened sensitivity to an injection of amphetamine given 30 days after the start of the procedure, when adolescent rats had reached adulthood. The finding of an age-specific increase in amphetamine sensitivity is consistent with evidence for increased risk for addiction when drug use is initiated in adolescence compared to adulthood in people (Merline et aI., 2002), and with the hypothesis that adolescence is a sensitive period of development.

Les effets d’un traitement chronique aux antipsychotiques sur la poursuite d’une récompense conditionnée

Les problèmes de toxicomanie sont très communs chez les schizophrènes. L’administration chronique d’antipsychotiques pourrait être impliquée dans cette cooccurrence en induisant une hypersensibilisation du système dopaminergique. Précédemment, nous avons démontré chez le rat qu’un traitement continu (via une mini-pompe osmotique sous-cutanée), et non pas intermittent (via des injections journalières sous-cutanées), avec l’halopéridol a augmenté la capacité de l’amphétamine à potentialiser un comportement de recherche de récompense. Dans cette étude, nous avons étudié les effets d’un antipsychotique atypique soit l’olanzapine comparé à l’halopéridol. Un traitement continu avec l’halopéridol, et non pas l’olanzapine, a augmenté la capacité de l’amphétamine de potentialiser la poursuite d’une récompense conditionnée (lumière/son préalablement associés à l’eau). De plus, un traitement continu avec l’halopéridol a augmenté l’induction par l’amphétamine de l’activité locomotrice et l’expression d’ARNm pour le c-fos (marqueur fonctionnel d’activité cellulaire) dans le caudé-putamen. Donc, un traitement continu avec un antipsychotique typique, et non pas atypique, a augmenté les caractéristiques motivationnelles attribuées à un stimulus neutre. Ceci est potentiellement lié à au développement d’un état de sensibilisation comportementale aux effets de l’amphétamine et à une augmentation de la capacité de l’amphétamine de susciter la modulation de l’activité du caudé-putamen. Ainsi, un antipsychotique typique tel que l’halopéridol semble modifier les circuits de la récompense de façon à contribuer à des comportements caractérisés par une recherche et une consommation de drogues d’abus alors qu’un antipsychotique atypique tel que l’olanzapine aurait moins tendance à le faire. Nous suggérons que les antipsychotiques atypiques pourraient être une meilleure option chez les patients schizophrènes à risque d’avoir un trouble de consommation de drogues d’abus ou de toxicomanie.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Effet de la transmission cholinergique sur la cartographie fonctionnelle du cortex visuel du rongeur

La transmission cholinergique, et notamment muscarinique, joue un rôle déterminant dans le système nerveux central au niveau de la modulation de la plasticité neuronale. La libération d'ACh dans le cortex visuel est concomitante à la présentation de stimuli visuels. Par son action sur la transmission neuronale corticale, l'ACh module à long terme les réponses à de nouveaux stimuli sensoriels. Dans la présente étude, l'implication du système cholinergique au niveau du développement cortical et de la plasticité inductible chez l'adulte a été étudiée par les techniques d'imagerie optique des signaux intrinsèques et d'immunohistochimie chez le rongeur. Ces deux techniques de cartographie de l'activité corticale nous ont permis d'évaluer, d'une part, l'impact modulatoire de l'acétylcholine (ACh) et de ses récepteurs muscariniques (mAChRs, M1 à M5) sur l'organisation fonctionnelle du cortex visuel chez des souris déficitaires pour les mAChRs et, d'autre part, l'impact de la libération d'ACh lors d'un entraînement visuel, sur le nombre, la nature neurochimique et la localisation au niveau des couches corticales des neurones corticaux activés. L'implication du système cholinergique sur la cartographie du cortex visuel primaire a été étudiée sur les souris génétiquement modifiées délétères (knock out : KO) pour différentes combinaisons de sous-types de mAChRs. L'imagerie des signaux intrinsèques, basée sur les changements de réflectance corticale de la lumière survenant lors de la consommation d'oxygène par les neurones activés, a permis de déterminer, lors de stimulations visuelles, les différentes composantes des propriétés des neurones du cortex visuel. La taille des champs récepteurs des neurones est diminuée lors de l'absence du récepteur M1 ou de la combinaison M1/M3. Le champ visuel apparent est augmenté chez les souris M2/M4-KO mais diminué chez les M1-KO. La finesse des connectivités neuronales (évaluée par la mesure du scatter du signal) est réduite lors de l'absence des récepteurs M2/M4. Finalement, chez les animaux M1/M3-KO, une diminution de l'acuité visuelle est observée. L'effet à long-terme d'un entraînement visuel couplé à une stimulation des neurones cholinergiques sur la distribution et la nature des neurones immunoréactifs au c-Fos, c'est-à-dire les neurones activés, a été évalué. Puisque cette stimulation combinée est en mesure de produire des modifications comportementales, notamment au niveau de l'acuité visuelle, il devenait intéressant de s'attarder aux modifications neuroanatomiques et de déterminer quels éléments de l'équilibre excitateur/inhibiteur sont compromis chez ces animaux. Les résultats obtenus démontrent que les animaux ayant reçu une combinaison de l'entraînement cholinergique et visuel présentent une augmentation du marquage c-Fos comparativement aux animaux n'ayant reçu que la stimulation cholinergique. D'autre part, chez ces animaux, il est possible d'observer des modifications de l'équilibre excitateur/inhibiteur qui correspond au potentiel plastique de la région. En conclusion, ces études démontrent un rôle important du système cholinergique dans le développement, la maturation et la plasticité du système visuel cérébral.

The regulatory roles of APE1 and Prdx1 interaction

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation.

Differential induction of 12-O-tetradecanoylphorbol 13-acetate sequence gene expression in murine melanocytes and melanoma cells

We previously showed that growth of the nontumorigenic, immortal murine melanocyte line Mel-ab correlates with the depletion of protein kinase C (PKC), whereas quiescence is associated with elevated levels of this enzyme (Brooks G, et al., Cancer Res 51: 3281–3288, 1991). Here we report responses that occur in these cells downstream of PKC activation or downregulation. We examined induction of 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)-inducible sequence (TIS) gene expression in Mel-ab melanocytes and in their transformed counterparts, B16 melanoma cells. Exposure of quiescent Mel-ab cells to the PKC-activating phorbol esters TPA or sapintoxin A at 81 nM for 2 h increased levels of mRNA for six of seven TIS genes examined (twofold to 80-fold increase in steady-state RNA levels for TIS 1, 7, 8, 11, 21, and 28 (c-fos); TIS 10 expression was not affected). No induction of 115 gene expression was observed either in growing Mel-ab cells maintained in 324 nM phorbol 12,13-dibutyrate or in B16 cells previously unexposed to phorbol esters, in which normal PKC levels were endogenously depressed. The cAMP-elevating agents choleratoxin (10 nM) and dibutyryl cyclic AMP (2.5 mM) increased levels of TIS mRNA (with the exception of TIS 10) in both proliferating Mel-ab and B16 cells, suggesting that downregulation of the PKC pathway is specific and not a consequence of a general inhibition of all signalling pathways.

Regulation of expression of the rat orthologue of mouse double minute 2 (MDM2) by H2O2-induced oxidative stress in neonatal rat cardiac myocytes.

The Mdm2 ubiquitin ligase is an important regulator of p53 abundance and p53-dependent apoptosis. Mdm2 expression is frequently regulated by a p53 Mdm2 autoregulatory loop whereby p53 stimulates Mdm2 expression and hence its own degradation. Although extensively studied in cell lines, relatively little is known about Mdm2 expression in heart where oxidative stress (exacerbated during ischemia-reperfusion) is an important pro-apoptotic stimulus. We demonstrate that Mdm2 transcript and protein expression are induced by oxidative stress (0.2 mm H(2)O(2)) in neonatal rat cardiac myocytes. In other cells, constitutive Mdm2 expression is regulated by the P1 promoter (5' to exon 1), with inducible expression regulated by the P2 promoter (in intron 1). In myocytes, H(2)O(2) increased Mdm2 expression from the P2 promoter, which contains two p53-response elements (REs), one AP-1 RE, and two Ets REs. H(2)O(2) did not detectably increase expression of p53 mRNA or protein but did increase expression of several AP-1 transcription factors. H(2)O(2) increased binding of AP-1 proteins (c-Jun, JunB, JunD, c-Fos, FosB, and Fra-1) to an Mdm2 AP-1 oligodeoxynucleotide probe, and chromatin immunoprecipitation assays showed it increased binding of c-Jun or JunB to the P2 AP-1 RE. Finally, antisense oligonucleotide-mediated reduction of H(2)O(2)-induced Mdm2 expression increased caspase 3 activation. Thus, increased Mdm2 expression is associated with transactivation at the P2 AP-1 RE (rather than the p53 or Ets REs), and Mdm2 induction potentially represents a cardioprotective response to oxidative stress.

Transient receptor potential ion channels V4 and A1 contribute to pancreatitis pain in mice.

The mechanisms of pancreatic pain, a cardinal symptom of pancreatitis, are unknown. Proinflammatory agents that activate transient receptor potential (TRP) channels in nociceptive neurons can cause neurogenic inflammation and pain. We report a major role for TRPV4, which detects osmotic pressure and arachidonic acid metabolites, and TRPA1, which responds to 4-hydroxynonenal and cyclopentenone prostaglandins, in pancreatic inflammation and pain in mice. Immunoreactive TRPV4 and TRPA1 were detected in pancreatic nerve fibers and in dorsal root ganglia neurons innervating the pancreas, which were identified by retrograde tracing. Agonists of TRPV4 and TRPA1 increased intracellular Ca(2+) concentration ([Ca(2+)](i)) in these neurons in culture, and neurons also responded to the TRPV1 agonist capsaicin and are thus nociceptors. Intraductal injection of TRPV4 and TRPA1 agonists increased c-Fos expression in spinal neurons, indicative of nociceptor activation, and intraductal TRPA1 agonists also caused pancreatic inflammation. The effects of TRPV4 and TRPA1 agonists on [Ca(2+)](i), pain and inflammation were markedly diminished or abolished in trpv4 and trpa1 knockout mice. The secretagogue cerulein induced pancreatitis, c-Fos expression in spinal neurons, and pain behavior in wild-type mice. Deletion of trpv4 or trpa1 suppressed c-Fos expression and pain behavior, and deletion of trpa1 attenuated pancreatitis. Thus TRPV4 and TRPA1 contribute to pancreatic pain, and TRPA1 also mediates pancreatic inflammation. Our results provide new information about the contributions of TRPV4 and TRPA1 to inflammatory pain and suggest that channel antagonists are an effective therapy for pancreatitis, when multiple proinflammatory agents are generated that can activate and sensitize these channels.

Cox-dependent fatty acid metabolites cause pain through activation of the irritant receptor TRPA1.

Prostaglandins (PG) are known to induce pain perception indirectly by sensitizing nociceptors. Accordingly, the analgesic action of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) results from inhibition of cyclooxygenases and blockade of PG biosynthesis. Cyclopentenone PGs, 15-d-PGJ(2), PGA(2), and PGA(1), formed by dehydration of their respective parent PGs, PGD(2), PGE(2), and PGE(1), possess a highly reactive alpha,beta-unsaturated carbonyl group that has been proposed to gate the irritant transient receptor potential A1 (TRPA1) channel. Here, by using TRPA1 wild-type (TRPA1(+/+)) or deficient (TRPA1(-/-)) mice, we show that cyclopentenone PGs produce pain by direct stimulation of nociceptors via TRPA1 activation. Cyclopentenone PGs caused a robust calcium response in dorsal root ganglion (DRG) neurons of TRPA1(+/+), but not of TRPA1(-/-) mice, and a calcium-dependent release of sensory neuropeptides from the rat dorsal spinal cord. Intraplantar injection of cyclopentenone PGs stimulated c-fos expression in spinal neurons of the dorsal horn and evoked an instantaneous, robust, and transient nociceptive response in TRPA1(+/+) but not in TRPA1(-/-) mice. The classical proalgesic PG, PGE(2), caused a slight calcium response in DRG neurons, increased c-fos expression in spinal neurons, and induced a delayed and sustained nociceptive response in both TRPA1(+/+) and TRPA1(-/-) mice. These results expand the mechanism of NSAID analgesia from blockade of indirect nociceptor sensitization by classical PGs to inhibition of direct TRPA1-dependent nociceptor activation by cyclopentenone PGs. Thus, TRPA1 antagonism may contribute to suppress pain evoked by PG metabolites without the adverse effects of inhibiting cyclooxygenases.

Long-term depression activates transcription of immediate early transcription factor genes: involvement of serum response factor/Elk-1

Long-term depression (LTD) is one of the paradigms used in vivo or ex vivo for studying memory formation. In order to identify genes with potential relevance for memory formation we used mouse organotypic hippocampal slice cultures in which chemical LTD was induced by applications of 3,5-dihydroxyphenylglycine (DHPG). The induction of chemical LTD was robust, as monitored electrophysiologically. Gene expression analysis after chemical LTD induction was performed using cDNA microarrays containing >7,000 probes. The DHPG-induced expression of immediate early genes (c-fos, junB, egr1 and nr4a1) was subsequently verified by TaqMan polymerase chain reaction. Bioinformatic analysis suggested a common regulator element [serum response factor (SRF)/Elk-1 binding sites] within the promoter region of these genes. Indeed, here we could show a DHPG-dependent binding of SRF at the SRF response element (SRE) site within the promoter region of c-fos and junB. However, SRF binding to egr1 promoter sites was constitutive. The phosphorylation of the ternary complex factor Elk-1 and its localization in the nucleus of hippocampal neurones after DHPG treatment was shown by immunofluorescence using a phosphospecific antibody. We suggest that LTD leads to SRF/Elk-1-regulated gene expression of immediate early transcription factors, which could in turn promote a second broader wave of gene expression.