MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

UV irradiation of human keratinocytes activates the inflammasome

Human keratinocytes represent a potent source of the pro-inflammatory cytokines pro-interleukin(IL)-1α and -β. ProIL-1β requires processing by caspase-1 (IL-1β-converting enzyme, ICE) for activation and receptor binding. ProIL-1α and -β lack a signal peptide and leave the cell via the alternative secretion pathway, which is independent of the classical ER/Golgi pathway. Both cytokines are stored in the cytoplasm and can be activated and released upon UV irradiation. In macrophages maturation of proIL-1β requires the activation of inflammasomes, innate multiprotein immune complexes, which are essential for the activation of caspase-1 and thereby for processing of proIL-1β. However, the intracellular pathways, which are responsible for activation of proIL-1β and secretion of IL-1β in keratinocytes, are unknown. We show that human keratinocytes express inflammasome proteins in vitro and in vivo. UVB irradiation of keratinocytes results in an increase of cytoplasmic Ca2+ from intracellular stores. This shift is required for inflammasome-dependent activation of caspase-1 and subsequent processing of proIL-1β and secretion of IL-1β. In contrast to macrophages, caspase-1 cannot activate proIL-18 in keratinocytes, although secretion of this cytokine is also induced by UVB irradiation. In vivo, caspase-1 is also essential for UVB-induced inflammation in the skin, since caspase-1 knockout mice showed a strongly reduced inflammatory response after UVB irradiation. Our results suggest that keratinocytes are important immuno-competent cells under physiological and pathological conditions.

Weaker ligands can dominate an odor blend due to syntopic interactions.

Most odors in natural environments are mixtures of several compounds. Perceptually, these can blend into a new "perfume," or some components may dominate as elements of the mixture. In order to understand such mixture interactions, it is necessary to study the events at the olfactory periphery, down to the level of single-odorant receptor cells. Does a strong ligand present at a low concentration outweigh the effect of weak ligands present at high concentrations? We used the fruit fly receptor dOr22a and a banana-like odor mixture as a model system. We show that an intermediate ligand at an intermediate concentration alone elicits the neuron's blend response, despite the presence of both weaker ligands at higher concentration, and of better ligands at lower concentration in the mixture. Because all of these components, when given alone, elicited significant responses, this reveals specific mixture processing already at the periphery. By measuring complete dose-response curves we show that these mixture effects can be fully explained by a model of syntopic interaction at a single-receptor binding site. Our data have important implications for how odor mixtures are processed in general, and what preprocessing occurs before the information reaches the brain.

cis- and trans-acting elements of the estrogen-regulated vitellogenin gene B1 of Xenopus laevis.

Vitellogenin genes are expressed under strict estrogen control in the liver of female oviparous vertebrates. Gene transfer experiments using estrogen-responsive cells have shown that the 13 bp perfect palindromic element GGTCACTGTGACC found upstream of the Xenopus laevis vitellogenin gene A2 promoter mediates hormonal stimulation and thus, was called the estrogen-responsive element (ERE). In the Xenopus vitellogenin genes B1 and B2 there are two closely adjacent EREs with one or more base substitutions when compared to the consensus ERE GGTCANNNTGACC. On their own, these degenerated elements have only a low or no regulatory capacity at all but act together synergistically to form an estrogen-responsive unit (ERU) with the same strength as the perfect palindromic 13 bp element. Analysis of estrogen receptor binding to the gene B1 ERU revealed a cooperative interaction of receptor dimers to the two adjacent imperfect EREs which most likely explains the synergistic stimulation observed in vivo. Furthermore, a promoter activator element located between positions --113 and --42 of the gene B1 and functional in the human MCF-7 and the Xenopus B3.2 cells has been identified and shown to be involved in the high level of induced transcription activity when the ERE is placed at a distance from the promoter. Finally, a hormone-controlled in vitro transcription system derived from Xenopus liver nuclear extracts was exploited to characterize two additional novel cis-acting elements within the vitellogenin gene B1 promoter. One of them, a negative regulatory element (NRE), is responsible for repression of promoter activity in the absence of hormone. The second is related to the NF-I binding site and is required, together with the ERE, to mediate hormonal induction. Moreover, we detected three trans-acting activities in Xenopus liver nuclear extracts that interact with these regions and demonstrated that they participate in the regulation of the expression of the vitellogenin promoter in vitro.

Reovirus infection activates JNK and the JNK-dependent transcription factor c-Jun.

Viral infection often perturbs host cell signaling pathways including those involving mitogen-activated protein kinases (MAPKs). We now show that reovirus infection results in the selective activation of c-Jun N-terminal kinase (JNK). Reovirus-induced JNK activation is associated with an increase in the phosphorylation of the JNK-dependent transcription factor c-Jun. Reovirus serotype 3 prototype strains Abney (T3A) and Dearing (T3D) induce significantly more JNK activation and c-Jun phosphorylation than does the serotype 1 prototypic strain Lang (T1L). T3D and T3A also induce more apoptosis in infected cells than T1L, and there was a significant correlation between the ability of these viruses to phosphorylate c-Jun and induce apoptosis. However, reovirus-induced apoptosis, but not reovirus-induced c-Jun phosphorylation, is inhibited by blocking TRAIL/receptor binding, suggesting that apoptosis and c-Jun phosphorylation involve parallel rather than identical pathways. Strain-specific differences in JNK activation are determined by the reovirus S1 and M2 gene segments, which encode viral outer capsid proteins (sigma1 and mu1c) involved in receptor binding and host cell membrane penetration. These same gene segments also determine differences in the capacity of reovirus strains to induce apoptosis, and again a significant correlation between the capacity of T1L x T3D reassortant reoviruses to both activate JNK and phosphorylate c-Jun and to induce apoptosis was shown. The extracellular signal-related kinase (ERK) is also activated in a strain-specific manner following reovirus infection. Unlike JNK activation, ERK activation could not be mapped to specific reovirus gene segments, suggesting that ERK activation and JNK activation are triggered by different events during virus-host cell interaction.

AMPc - Sinalização intracelular: um software educacional

Chemicals binding to membrane receptors may induce events within the cell changing its behavior. Since these events are simultaneous and hard to be understood by students, we developed a computational model to dynamically and visually explore the cAMP signaling system to facilitate its understanding. The animation is shown in parts, from the hormone-receptor binding to the cellular response. There are some questions to be answered after using the model. The software was field-tested and an evaluation questionnaire (concerning usability, animations, models, and the software as an educational tool) was answered by the students, showing the software to be a valuable aid for content comprehension.

Brain Dopamine and Serotonin Receptors in the Perception of Pain. Positron Emission Tomography Studies in Healthy Subjects

The role of dopamine and serotonin in spinal pain regulation is well established. However, little is known concerning the role of brain dopamine and serotonin in the perception of pain in humans. The aim of this study was to assess the potential role of brain dopamine and serotonin in determining experimental pain sensitivity in humans using positron emission tomography (PET) and psychophysical methods. A total of 39 healthy subjects participated in the study, and PET imaging was performed to assess brain dopamine D2/D3 and serotonin 5-HT_1A receptor availability. In a separate session, sensitivity to pain and touch was assessed with traditional psychophysical methods, allowing the evaluation of potential associations between D2/D3 and 5-HT_1A binding and psychophysical responses. The subjects’ responses were also analyzed according to Signal Detection Theory, which enables separate assessment of the subject’s discriminative capacity (sensory factor) and response criterion (non-sensory factor). The study found that the D2/D3 receptor binding in the right putamen was inversely correlated with pain threshold and response criterion. 5-HT_1A binding in cingulate cortex, inferior temporal gyrus and medial prefrontal cortex was inversely correlated with discriminative capacity for touch. Additionally, the response criterion for pain and intensity rating of suprathreshold pain were inversely correlated with 5-HT_1A binding in multiple brain areas. The results suggest that brain D2/D3 receptors and 5-HT_1A receptors modulate sensitivity to pain and that the pain modulatory effects may, at least partly, be attributed to influences on the response criterion. 5-HT_1A receptors are also involved in the regulation of touch by having an effect on discriminative capacity.

Neurobiological Correlates of Personality Traits: A Study on Harm Avoidance and Neuroticism

Harm Avoidance and Neuroticism are traits that predispose to mental illnesses. Studying them provides a unique way to study predisposition of mental illnesses. Understanding the biological mechanisms that mediate vulnerability could lead to improvement in treatment and ultimately to pre-emptive psychiatry. These personality traits describe a tendency to feel negative emotions such as fear, shyness and worry. Previous studies suggest these traits are regulated by serotonin and opiate pathways. The aim of this thesis was to test the following hypotheses using personality trait measures and positron emission tomography (PET): 1) Brain serotonin transporter density in vivo is associated with Harm Avoidance and Neuroticism traits. 2) μ-opioid receptor binding is associated with Harm Avoidance. In addition, we developed a methodology for studying neurotransmitter interactions in the brain using the opiate and serotonin pathways. 32 healthy subjects who were consistently in either the highest or lowest quartile of the Harm Avoidance trait were recruited from a population-based cohort. Each subject underwent two PET scans, serotonin transporter binding was measured with [11C] MADAM and μ-opioid receptor binding with [11C]carfentanil. We found that the serotonin transporter is not associated with anxious personality traits. However, Harm Avoidance positively correlated with μ-opioid receptor availability. Particularly the tendency to feel shy and the inability to cope with stress were associated μ-opioid receptor availability. We also demonstrated that serotonin transporter binding correlates with μ-opioid receptor binding, suggesting interplay between the two systems. These findings shed light on the neurobiological correlates of personality and have an impact on etiological considerations of affective disorders.

Analysis of viral and cellular parameters which affect the fusion process of influenza viruses

In the present investigation we studied the fusogenic process developed by influenza A, B and C viruses on cell surfaces and different factors associated with virus and cell membrane structures. The biological activity of purified virus strains was evaluated in hemagglutination, sialidase and fusion assays. Hemolysis by influenza A, B and C viruses ranging from 77.4 to 97.2%, from 20.0 to 65.0%, from 0.2 to 93.7% and from 9.0 to 76.1% was observed when human, chicken, rabbit and monkey erythrocytes, respectively, were tested at pH 5.5. At this pH, low hemolysis indexes for influenza A, B and C viruses were observed if horse erythrocytes were used as target cells for the fusion process, which could be explained by an inefficient receptor binding activity of influenza on N-glycolyl sialic acids. Differences in hemagglutinin receptor binding activity due to its specificity to N-acetyl or N-glycolyl cell surface oligosaccharides, density of these cellular receptors and level of negative charges on the cell surface may possibly explain these results, showing influence on the sialidase activity and the fusogenic process. Comparative analysis showed a lack of dependence between the sialidase and fusion activities developed by influenza B viruses. Influenza A viruses at low sialidase titers (<2) also exhibited clearly low hemolysis at pH 5.5 (15.8%), while influenza B viruses with similarly low sialidase titers showed highly variable hemolysis indexes (0.2 to 78.0%). These results support the idea that different virus and cell-associated factors such as those presented above have a significant effect on the multifactorial fusion process

Functions of the extracellular matrix and matrix degrading proteases during tumor progression

Cell interactions with extracellular matrices are important to pathological changes that occur during cell transformation and tumorigenesis. Several extracellular matrix proteins including fibronectin, thrombospondin-1, laminin, SPARC, and osteopontin have been suggested to modulate tumor phenotype by affecting cell migration, survival, or angiogenesis. Likewise, proteases including the matrix metalloproteinases (MMPs) are understood to not only facilitate migration of cells by degradation of matrices, but also to affect tumor formation and growth. We have recently demonstrated an in vivo role for the RGD-containing protein, osteopontin, during tumor progression, and found evidence for distinct functions in the host versus the tumor cells. Because of the compartmentalization and temporal regulation of MMP expression, it is likely that MMPs may also function dually in host stroma and the tumor cell. In addition, an important function of proteases appears to be not only degradation, but also cleavage of matrix proteins to generate functionally distinct fragments based on receptor binding, biological activity, or regulation of growth factors.

Inhibitory effect of high [Mg2+] on the vasopressin-stimulated hydroosmotic permeability of the isolated perfused cortical collecting duct

High magnesium concentration inhibits the effect of arginine vasopressin (AVP) on smooth muscle contraction and platelet aggregation and also influences hepatocyte AVP receptor binding. The aim of this study was to determine the role of magnesium concentration [Mg2+] in AVP-stimulated water transport in the kidney collecting duct. The effect of low and high peritubular [Mg2+] on the AVP-stimulated osmotic water permeability coefficient (Pf) was evaluated in the isolated perfused rabbit cortical collecting duct (CCD). Control tubules bathed and perfused with standard Ringer bicarbonate solution containing 1 mM Mg2+ presented a Pf of 223.9 ± 27.2 µm/s. When Mg2+ was not added to the bathing solution, an increase in the AVP-stimulated Pf to 363.1 ± 57.2 µm/s (P<0.05) was observed. An elevation of Mg2+ to 5 mM resulted in a decrease in Pf to 202.9 ± 12.6 µm/s (P<0.05). This decrease in the AVP-stimulated Pf at 5 mM Mg2+ persisted when the CCDs were returned to 1 mM Mg2+, Pf = 130.2 ± 20.3 µm/s, and was not normalized by the addition of 8-[4-chlorophenylthio]-adenosine 3',5'-cyclic monophosphate, a cAMP analogue, to the preparation. These data indicate that magnesium may play a modulatory role in the action of AVP on CCD osmotic water permeability, as observed in other tissues.

Effects of diazepam on Mycobacterium bovis-induced infection in hamsters

The in utero exposure of hamsters to low doses of diazepam results in impaired host defense against Mycobacterium bovis during adulthood. Delayed developmental immunotoxicity, however, represents a specific situation that might not be general. The present experiment was undertaken to investigate the effects of diazepam on hamster resistance to M. bovis using adult animals. The effects of diazepam treatment on serum cortisol levels were also studied. Adult hamsters (N = 10 for each group) were treated with diazepam (E1 = 1.0, E2 = 2.0 or E3 = 3.0 mg kg-1 day-1 subcutaneously) or with control solution (C) for 30 days. Seven days after the beginning of the treatment, the animals received identical inoculum concentrations of M. bovis. Hamsters treated with the higher (2.0 and 3.0 mg kg-1 day-1) doses of diazepam exhibited: 1) increased granuloma areas in the liver (C = 1.81 ± 1.39, E2 = 10.29 ± 4.64 and E3 = 15.80 ± 4.82) and lung (C = 0.54 ± 0.55, E2 = 6.28 ± 3.85 and E3 = 6.31 ± 3.56) and 2) increased scores of M. bovis colony-forming units isolated from liver (C = 2.0, E2 = 3.0 and E3 = 3.5), lung (C = 1.0, E2 = 3.0 and E3 = 3.5) and spleen (C = 1.0, E2 = 2.5 and E3 = 4.0). These effects were dose dependent, and were not detected or were less severe in animals treated with the lowest (1.0 mg/kg) dose of diazepam as well as in those of the control group. Furthermore, diazepam treatment (3.0 mg kg-1 day-1 for 30 days) increased (E3 = 71.32 ± 2.99; N = 10) the serum levels of cortisol compared to control hamsters (C = 22.61 ± 2.75; N = 10). The present data, that demonstrate an impaired defense against M. bovis in adult hamsters treated with diazepam, were tentatively explained on the basis of a direct and/or indirect action of diazepam on the cytokine network. The effects may be related to stimulation of peripheral benzodiazepine receptor binding sites (PBR) by macrophages and/or lymphocytes, or they may be mediated by PBR stimulation of the adrenals.

Imidazoline receptors in the heart: a novel target and a novel mechanism of action that involves atrial natriuretic peptides

Chronic stimulation of sympathetic nervous activity contributes to the development and maintenance of hypertension, leading to left ventricular hypertrophy (LVH), arrhythmias and cardiac death. Moxonidine, an imidazoline antihypertensive compound that preferentially activates imidazoline receptors in brainstem rostroventrolateral medulla, suppresses sympathetic activation and reverses LVH. We have identified imidazoline receptors in the heart atria and ventricles, and shown that atrial I1-receptors are up-regulated in spontaneously hypertensive rats (SHR), and ventricular I1-receptors are up-regulated in hamster and human heart failure. Furthermore, cardiac I1-receptor binding decreased after chronic in vivo exposure to moxonidine. These studies implied that cardiac I1-receptors are involved in cardiovascular regulation. The presence of I1-receptors in the heart, the primary site of production of natriuretic peptides, atrial natriuretic peptide (ANP) and brain natriuretic peptide (BNP), cardiac hormones implicated in blood pressure control and cardioprotection, led us to propose that ANP may be involved in the actions of moxonidine. In fact, acute iv administration of moxonidine (50 to 150 µg/rat) dose-dependently decreased blood pressure, stimulated diuresis and natriuresis and increased plasma ANP and its second messenger, cGMP. Chronic SHR treatment with moxonidine (0, 60 and 120 µg kg-1 h-1, sc for 4 weeks) dose-dependently decreased blood pressure, resulted in reversal of LVH and decreased ventricular interleukin 1ß concentration after 4 weeks of treatment. These effects were associated with a further increase in already elevated ANP and BNP synthesis and release (after 1 week), and normalization by 4 weeks. In conclusion, cardiac imidazoline receptors and natriuretic peptides may be involved in the acute and chronic effects of moxonidine.

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Caractérisation pharmacologique et moléculaire des dyskinésies tardives chez un modèle de primate non humain

Les dyskinésies tardives (DT) sont des troubles moteurs associés à l’utilisation chronique des antagonistes des récepteurs dopaminergiques D2 tels que les antipsychotiques et le métoclopramide. Ces dyskinésies correspondent à une incoordination motrice portant préférentiellement sur la musculature oro-faciale. La gestion des DT s'est imposée comme défi de santé publique surtout en l’absence d’une alternative thérapeutique efficace et abordable. L’hypothèse classiquement avancée pour expliquer la physiopathologie des DT inhérente au traitement par les antipsychotiques s’articule autour de l’hypersensibilité des récepteurs dopaminergiques D2, cibles principales de ces molécules. Néanmoins, plusieurs données remettent la véracité de cette hypothèse en question. Hypothèse: nous proposons que le blocage chronique des récepteurs dopaminergiques soit effectivement responsable d’un phénomène d’hypersensibilisation mais contrairement à l’hypothèse classique, cette hypersensibilisation porterait sur des paramètres de la transmission dopaminergique autres que les récepteurs D2. De même nous postulons que cette hypersensibilisation se traduirait par des altérations des cascades signalétiques au niveau des cellules du striatum. Ces altérations aboutissent à des changements portant sur le récepteur nucléaire (Nur77), qui est hautement associé au système dopaminergique; l’induction de ces récepteurs déclencherait des cascades associées à la compensation ou à la genèse des DT. Matériels et méthodes: 23 femelles Cebus apella, réparties en 3 groupes: groupe halopéridol, groupe clozapine, et groupe contrôle, ont été exposées aux traitements respectifs pendant 6-36 mois. Après l’analyse comportementale, les animaux ont été décapités et leurs cerveaux isolés pour fin d’analyse. Hybridation in situ: nous avons fait appel à cette technique pour mesurer l’expression de l’ARNm de Nur77 et du neuropeptide enképhaline. Hybridation in situ double: nous avons exploités cette technique pour identifier les populations neuronales exprimant les récepteurs dopaminergiques D3 et localiser leur éventuelle induction. Autoradiographies des récepteurs dopaminergiques D1, D2 et D3 et autoradiographies des récepteurs i glutamatergiques mGluR5. Ces autoradiographies avaient pour objectif d’évaluer l’expression de ces différents récepteurs. Mutagenèse dirigée et transfection cellulaire: nous faisons appel à ces techniques pour reproduire le polymorphisme identifié au niveau de la région 3’UTR de l’ARNm Nur77 et évaluer l’impact que pourrait avoir ce polymorphisme sur la stabilité de l’ARNm Nur77 sinon sur l’expression de la protèine Nur77. Western Blot des kinases ERK 1 et 2: cette technique nous a servi comme moyen pour quantifier l’expression globale de ces kinases. Analyses statistiques: l’expression de l’ARNm Nur77 a été évaluée en utilisant l’analyse de la variance à un seul facteur (One way ANOVA). Nous avons procédé de la même façon pour mesurer l’expression des récepteurs D2, D3 et mGluR5. Résultats: le groupe des animaux traités par l’halopéridol montre une plus forte expression des récepteurs D3 par rapport aux sujets des autres groupes. Cette expression se produit au niveau des neurones de la voie directe. De plus, cette augmentation corrèle positivement avec la sévérité des DT. L’expression des récepteurs D2 et mGluR5 reste relativement inchangée entre les différents groupes, alors qu’un gradient d’expression a été observé pour le récepteur D1. Par ailleurs, Nur77 est induit par l’halopéridol, alors que son expression semble baisser chez les animaux traités par la clozapine. L’induction de l’expression de Nur77 par l’halopéridol est plus accrue chez les animaux non dyskinétiques. Les animaux traités par la clozapine démontrent une expression amoindrie de l’ARNm de Nur77 qui tend à être plus faible que l’expression de base. D’autre part, la présence du polymorphisme au niveau de la région 3’UTR semble affecter l’expression cellulaire de Nur77. Conclusion: ces résultats confortent notre hypothèse concernant l’existence d’un phénomène d’hypersensibilisation prenant place suite un traitement chronique par les antipsychotiques. Ce phénomène s’est traduit par une augmentation de l’expression des récepteurs D3 sans porter sur les récepteurs D2 tel que prôné classiquement. Cette hypersensibilisation des récepteurs D3 implique également l’existence d’un débalancement des voies striatales pouvant ainsi sous tendre l’apparition des DT. Ces résultats dévoilent ainsi un nouveau mécanisme qui pourrait contribuer à l’apparition des DT et pourraient permettre une meilleure gestion, nous l’espérons, des DT à l’échelle clinique.