The dual effect of normobaric hypoxia on heart rate variability and substrate partitioning following interval cycling

Recent studies have shown the importance of the beat-by-beat changes in heart rate influenced by the autonomic nervous system (ANS), or heart rate variability (HRV). The purpose of this study was to examine the lasting effects of hypoxic exercise on HRV, and its influences on substrate usage. Results from this study could lead an increased understanding on this topic. Eight active healthy males (age: 31±11 years; height: 180±7 cm; weight: 83±8 kg; VO₂max (maximal oxygen consumption): 4.4±0.6 L•min⁻¹) underwent normoxic and hypoxic (FᵢO₂= 0.15) conditions during high-intensity interval (HIIT) cycling (70%-high interval, 35%-rest interval). Cycling intensity was determined by a peak power output cycling test. Each experimental session consisted of a basal metabolic rate determination, up to 45-minutes of HIIT cycling, and three 30-minute post-exercise metabolic rate measurements (spanning 3 hours and 15 minutes after exercise). During exercise, RPE was higher (p<0.01) and LAC (lactate) increased (p=0.001) at each point of time in hypoxia, with no change in normoxia. After hypoxic exercise, the SNS/PNS ratio (overall ANS activity) was significantly higher (p<0.01) and significantly decreased through time in both conditions (p<0.01). In addition, a significant interaction between time and conditions (p<0.02) showed a decrease in LAC concentration through time post-hypoxic exercise. The findings showed that a single bout of hypoxic exercise alters ANS activity post-exercise along with shifting substrate partitioning from glycolytic to lipolytic energy production. The significant decrease in LAC concentration post-hypoxic exercise supports the notion that hypoxic HIIT induces a greater muscle glycogen depletion leading to increased fat oxidation to sustain glycogenesis and gluconeogenesis to maintain blood glucose level during recovery.

Seawater carbonate chemistry and biological processes during experiments with four species of marine diatoms

The effect of pCO2 on carbon acquisition and intracellular assimilation was investigated in the three bloom-forming diatom species, Eucampia zodiacus (Ehrenberg), Skeletonema costatum (Greville) Cleve, Thalassionema nitzschioides (Grunow) Mereschkowsky and the non-bloom-forming Thalassiosira pseudonana (Hust.) Hasle and Heimdal. In vivo activities of carbonic anhydrase (CA), photosynthetic O2 evolution, CO2 and HCO3? uptake rates were measured by membrane-inlet mass spectrometry (MIMS) in cells acclimated to pCO2 levels of 370 and 800 ?atm. To investigate whether the cells operate a C4-like pathway, activities of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase (RubisCO) and phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) were measured at the mentioned pCO2 levels and a lower pCO2 level of 50 ?atm. In the bloom-forming species, extracellular CA activities strongly increased with decreasing CO2 supply while constantly low activities were obtained for T. pseudonana. Half-saturation concentrations (K1/2) for photosynthetic O2 evolution decreased with decreasing CO2 supply in the two bloom-forming species S. costatum and T. nitzschioides, but not in T. pseudonana and E. zodiacus. With the exception of S. costatum, maximum rates (Vmax) of photosynthesis remained constant in all investigated diatom species. Independent of the pCO2 level, PEPC activities were significantly lower than those for RubisCO, averaging generally less than 3%. All examined diatom species operate highly efficient CCMs under ambient and high pCO2, but differ strongly in the degree of regulation of individual components of the CCM such as Ci uptake kinetics and extracellular CA activities. The present data do not suggest C4 metabolism in the investigated species.

Comprehensive Transcriptome Analysis of Sex-Biased Expressed Genes Reveals Discrete Biological and Physiological Features of Male and Female Schistosoma japonicum

Schistosomiasis is a chronic and debilitating disease caused by blood flukes (digenetic trematodes) of the genus Schistosoma. Schistosomes are sexually dimorphic and exhibit dramatic morphological changes during a complex lifecycle which requires subtle gene regulatory mechanisms to fulfil these complex biological processes. In the current study, a 41,982 features custom DNA microarray, which represents the most comprehensive probe coverage for any schistosome transcriptome study, was designed based on public domain and local databases to explore differential gene expression in S. japonicum. We found that approximately 1/10 of the total annotated genes in the S. japonicum genome are differentially expressed between adult males and females. In general, genes associated with the cytoskeleton, and motor and neuronal activities were readily expressed in male adult worms, whereas genes involved in amino acid metabolism, nucleotide biosynthesis, gluconeogenesis, glycosylation, cell cycle processes, DNA synthesis and genome fidelity and stability were enriched in females. Further, miRNAs target sites within these gene sets were predicted, which provides a scenario whereby the miRNAs potentially regulate these sex-biased expressed genes. The study significantly expands the expressional and regulatory characteristics of gender-biased expressed genes in schistosomes with high accuracy. The data provide a better appreciation of the biological and physiological features of male and female schistosome parasites, which may lead to novel vaccine targets and the development of new therapeutic interventions.

FUNCTIONAL CHARACTERIZATION OF THE LINK BETWEEN CARBOHYDRATE METABOLISM AND THE PATHOGENESIS OF THE INVASIVE M1T1 GROUP A STREPTOCOCCUS

The Group A Streptococcus (GAS), or Streptococcus pyogenes, is a strict human pathogen that colonizes a variety of sites within the host. Infections can vary from minor and easily treatable, to life-threatening, invasive forms of disease. In order to adapt to niches, GAS utilizes environmental cues, such as carbohydrates, to coordinate the expression of virulence factors. Research efforts to date have focused on identifying how either components of the phosphoenolpyruvate-phosphotransferase system (PTS) or global transcriptional networks affect the regulation of virulence factors, but not the synergistic relationship between the two. The present study investigates the role of a putative PTS-fructose operon encoded by fruRBA and its role in virulence in the M1T1 strain 5448. Growth in fructose resulted in induction of fruRBA. RT-PCR showed that fruRBA formed an operon, which was repressed by FruR in the absence of fructose. Growth and carbon utilization profiles revealed that although the entire fruRBA operon was required for growth in fructose, FruA was the main fructose transporter. The ability of both ΔfruR and ΔfruB mutants to survive in whole human blood or neutrophils was impaired. However, the phenotypes were not reproduced in murine whole blood or in a mouse intraperitoneal infection, indicating a human-specific mechanism. While it is known that the PTS can affect activity of the Mga virulence regulator, further characterization of the mechanism by which sugars and its protein domains affect activity have not been studied. Transcriptional studies revealed that the core Mga regulon is activated more in a glucose-rich than a glucose-poor environment. This activation correlates with the differential phosphorylation of Mga at its PTS regulatory domains (PRDs). Using a 5448 mga mutant, transcriptome studies in THY or C media established that the Mga regulon reflects the media used. Interestingly, Mga regulates phage-encoded DNases in a low glucose environment. We also show that Mga activity is dependent on C-terminal amino acid interactions that aid in the formation of homodimers. Overall, the studies presented sought to define how external environmental cues, specifically carbohydrates, control complex regulatory networks used by GAS, contribute to pathogenesis, and aid in adaptation to various nutrient conditions encountered.

Energy and Antioxidant Responses of Pacific Oyster Exposed to Trace Levels of Pesticides

Here, we assess the physiological effects induced by environmental concentrations of pesticides in Pacific oyster Crassostrea gigas. Oysters were exposed for 14 d to trace levels of metconazole (0.2 and 2 mu g/L), isoproturon (0.1 and 1 mu g/L), or both in a mixture (0.2 and 0.1 mu g/L, respectively). Exposure to trace levels of pesticides had no effect on the filtration rate, growth, and energy reserves of oysters. However, oysters exposed to metconazole and isoproturon showed an overactivation of the sensing-kinase AMP-activated protein kinase alpha (AMPK alpha), a key enzyme involved in energy metabolism and more particularly glycolysis. In the meantime, these exposed oysters showed a decrease in hexokinase and pyruvate kinase activities, whereas 2-DE proteomic revealed that fructose-1,6-bisphosphatase (F-1,6-BP), a key enzyme of gluconeogenesis, was upregulated. Activities of antioxidant enzymes were higher in oysters exposed to the highest pesticide concentrations. Both pesticides enhanced the superoxide dismutase activity of oysters. Isoproturon enhanced catalase activity, and metconazole enhanced peroxiredoxin activity. Overall, our results show that environmental concentrations of metconazole or isoproturon induced subtle changes in the energy and antioxidant metabolisms of oysters.

Surgical infection and malnutrition

Background: Malnutrition in surgical patients is associated with delayed recovery, higher rates of morbidity and mortality, prolonged hospital stay, increased healthcare costs and a higher early re-admission rate. Methods: Data synthesis after review of pertinent literature. Results: The aetiology of malnutrition is multifactorial. In cancer patients, there is an abnormal peripheral glucose disposal, gluconeogenesis, and whole-body glucose turnover. Malnourished cancer patients undergoing major operations are at significant risk from perioperative complications such as infectious complications. Surgical aggression generates an inflammatory response which worsens intermediary metabolism. Conclusions: Nutritional evaluation and nutritional support must be performed in all surgical patients, in order to minimize infectious complications. Enteral nutrition early in the postoperative period is effective and well tolerated reducing infectious complications, improving wound healing and reducing length of hospital stay. Pharmaconutrition is indicated in those patients, who benefit from enteral administration of arginine, omega 3 and RNA, as well as parenteral glutamine supplementation. When proximal sutures are used, tubes allowing early jejunal feeding should be used.

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.

Études de la réponse du métabolisme énergétique à la carence en fer dans les cultures cellulaires de Solanum tuberosum

Le fer est un micronutriment important pour la croissance et le développement des plantes. Il agit comme cofacteur pour plusieurs enzymes et il est important pour des processus tels que la photosynthèse et la respiration. Souvent, le Fe dans le sol n’est pas bio-disponible pour la plante. Les plantes ont développé des stratégies pour solubiliser le Fe du sol pour le rendre disponible et assimilable pour elles. Il y a deux stratégies, la première est caractéristique des dicotylédones et la seconde est caractéristique des monocotylédones. Le modèle utilisé dans cette étude est une culture cellulaire de Solanum tuberosum. Une partie de la recherche effectuée a permis la mesure d’activité et d’expression relative de certaines enzymes impliquées dans le métabolisme énergétique et la fourniture de précurseurs pour la synthèse d’ADN : la Nucléoside diphosphate kinase, la Ribonucléotide reductase, la Glucose 6-phosphate déshydrogénase et la 6-Phosphogluconate déshydrogénase dans les cellules en présence ou en absence de Fe. Chez certains organismes, la déficience en Fe est associée à une perte de croissance qui est souvent liée à une diminution de la synthèse d’ADN. Chez les cultures de cellules de S. tuberosum, les résultats indiquent que la différence de biomasse observée entre les traitements n’est pas due à une variation de l’activité ou l’expression relative d’une de ces enzymes. En effet, aucune variation significative n’a été détectée entre les traitements (+/- Fe) pour l’activité ni l’expression relative de ces enzymes. Une autre partie de la recherche a permis d’évaluer l’activité des voies métaboliques impliquées dans la stratégie 1 utilisée par S. tuberosum. Cette stratégie consomme des métabolites énergétiques: de l’ATP pour solubiliser le Fe et du pouvoir réducteur (NAD(P)H), pour réduire le Fe3+ en Fe2+. Des études de flux métaboliques ont été faites afin d’étudier les remaniements du métabolisme carboné en déficience en Fe chez S. tuberosum. Ces études ont démontré une baisse du régime dans les différentes voies du métabolisme énergétique dans les cellules déficientes en Fe, notamment dans le flux glycolytique et le flux de C à travers la phosphoenolpyruvate carboxylase. En déficience de Fe il y aurait donc une dépression du métabolisme chez S. tuberosum qui permettrait à la cellule de ralentir son métabolisme pour maintenir sa vitalité. En plus des flux, les niveaux de pyridines nucléotides ont été mesurés puisque ceux-ci servent à réduire le Fe dans la stratégie 1. Les résultats démontrent des niveaux élevés des formes réduites de ces métabolites en déficience de Fe. L’ensemble des résultats obtenus indiquent qu’en déficience de Fe, il y a une baisse du métabolisme permettant à la cellule de s’adapter et survivre au stress.