Differential effect of plant lectins on mast cells of different origins

Histamine release induced by plant lectins was studied with emphasis on the carbohydrate specificity, external calcium requirement, metal binding sites, and mast cell heterogeneity and on the importance of antibodies bound to the mast cell membrane to the lectin effect. Peritoneal mast cells were obtained by direct lavage of the rat peritoneal cavity and guinea pig intestine and hamster cheek pouch mast cells were obtained by dispersion with collagenase type IA. Histamine release was induced with concanavalin A (Con A), lectins from Canavalia brasiliensis, mannose-specific Cymbosema roseum, Maackia amurensis, Parkia platycephala, Triticum vulgaris (WGA), and demetallized Con A and C. brasiliensis, using 1-300 µg/ml lectin concentrations applied to Wistar rat peritoneal mast cells, peaking on 26.9, 21.0, 29.1, 24.9, 17.2, 10.7, 19.9, and 41.5%, respectively. This effect was inhibited in the absence of extracellular calcium. The lectins were also active on hamster cheek pouch mast cells (except demetallized Con A) and on Rowett nude rat (animal free of immunoglobulins) peritoneal mast cells (except for mannose-specific C. roseum, P. platycephala and WGA). No effect was observed in guinea pig intestine mast cells. Glucose-saturated Con A and C. brasiliensis also released histamine from Wistar rat peritoneal mast cells. These results suggest that histamine release induced by lectins is influenced by the heterogeneity of mast cells and depends on extracellular calcium. The results also suggest that this histamine release might occur by alternative mechanisms, because the usual mechanism of lectins is related to their binding properties to metals from which depend the binding to sugars, which would be their sites to bind to immunoglobulins. In the present study, we show that the histamine release by lectins was also induced by demetallized lectins and by sugar-saturated lectins (which would avoid their binding to other sugars). Additionally, the lectins also released histamine from Rowett nude mast cells that are free of immunoglobulins.

Determination of low tetanus or diphtheria antitoxin titers in sera by a toxin neutralization assay and a modified toxin-binding inhibition test

A method for the screening of tetanus and diphtheria antibodies in serum using anatoxin (inactivated toxin) instead of toxin was developed as an alternative to the in vivo toxin neutralization assay based on the toxin-binding inhibition test (TOBI test). In this study, the serum titers (values between 1.0 and 19.5 IU) measured by a modified TOBI test (Modi-TOBI test) and toxin neutralization assays were correlated (P < 0.0001). Titers of tetanus or diphtheria antibodies were evaluated in serum samples from guinea pigs immunized with tetanus toxoid, diphtheria-tetanus or triple vaccine. For the Modi-TOBI test, after blocking the microtiter plates, standard tetanus or diphtheria antitoxin and different concentrations of guinea pig sera were incubated with the respective anatoxin. Twelve hours later, these samples were transferred to a plate previously coated with tetanus or diphtheria antitoxin to bind the remaining anatoxin. The anatoxin was then detected using a peroxidase-labeled tetanus or diphtheria antitoxin. Serum titers were calculated using a linear regression plot of the results for the corresponding standard antitoxin. For the toxin neutralization assay, L+/10/50 doses of either toxin combined with different concentrations of serum samples were inoculated into mice for anti-tetanus detection, or in guinea pigs for anti-diphtheria detection. Both assays were suitable for determining wide ranges of antitoxin levels. The linear regression plots showed high correlation coefficients for tetanus (r² = 0.95, P < 0.0001) and for diphtheria (r² = 0.93, P < 0.0001) between the in vitro and the in vivo assays. The standardized method is appropriate for evaluating titers of neutralizing antibodies, thus permitting the in vitro control of serum antitoxin levels.

Contamination des solutions d’hyper-alimentation intraveineuses (HAIV) néonatales, effet de l’ascorbylperoxyde au foie

Introduction : Chez les nouveau-nés prématurés, l’hyper-alimentation intraveineuse (HAIV) contribue à leur survie, mais elle est aussi une source importante de molécules oxydantes. L’absence d’une protection adéquate contre la lumière ambiante génère in vitro, via la photo-excitation de la riboflavine, du H2O2, des peroxydes organiques et un dérivé peroxydé de la vitamine C, l’ascorbylperoxyde (AscOOH). Plusieurs données du laboratoire associent l’infusion d’HAIV à des désordres lipidiques dans notre modèle animal. L’hypothèse est donc que l’AscOOH a un pouvoir oxydant et est responsable de certains des effets biologiques observés. Mes objectifs sont les suivants : 1) développer une méthode de dosage de l’AscOOH; 2) démontrer, à l’aide du modèle animal bien établi au laboratoire, des relations entre la concentration tissulaire de cette molécule et des paramètres métaboliques et l’état redox au foie et dans la circulation; et 3) confirmer l’effet physiologique de l’AscOOH dans un modèle cellulaire. Méthode : Différents étalons internes potentiels ont été testés pour le dosage de l’AscOOH par spectrométrie de masse après séparation sur HPLC (LC-MS). Les phases mobiles et conditions chromatographiques ont été optimisées. Pour l’objectif 2, des cobayes de 3 jours de vie (n=11) ont reçu par voie intraveineuse une dose d’AscOOH (entre 0 et 3,3mM). Les animaux ont été sacrifiés au 4e jour de traitement pour le prélèvement de tissus. Les concentrations tissulaires d’AscOOH ont été déterminées au LC-MS. La triglycéridémie et la cholestérolémie ont été mesurées à l’aide d’un kit commercial par spectrophotométrie. Le glutathion oxydé et réduit ont été mesurés par électrophorèse capillaire. Les relations linéaires obtenues sont exprimées par le ratio des carrés (r2), et traitées par ANOVA. Résultats : La validation du dosage de l’AscOOH par LC-MS a été réalisée. Chez les animaux, la concentration urinaire d’AscOOH par créatinine corrèle positivement avec la dose reçue, négativement avec la lipidémie, et négativement avec le redox sanguin et érythrocytaire, indiquant un milieu moins oxydé. Conclusion : La concentration urinaire d’AscOOH peut donc être un reflet de l’oxydation de l’HAIV en clinique. Nos données chez l’animal suggèrent une interaction de l’AscOOH avec le métabolisme hépatique produisant une chute de la concentration plasmatique de cholestérol et de triglycérides. Le modèle cellulaire n’a pas permis d’élucider le mécanisme moléculaire de l’action de l’AscOOH sur le métabolisme.

L’impact d’une diète néonatale déficiente en nutriments essentiels à la défense antioxydante sur le métabolisme énergétique à long terme

Les prématurés subissent un stress oxydant qui résulte d’une défense antioxydante faible et/ou d’une charge oxydante. Des données suggèrent qu’un stress oxydant peut affecter le métabolisme énergétique et mener au syndrome métabolique. Hypothèse: Une faible défense antioxydante tôt dans la vie est suffisante pour affecter le métabolisme énergétique à long terme. Méthodes: Quatre groupes de cobayes (n=21) ont reçu entre leurs 3e et 7e jours de vie une diète standard (C-1sem, C-14sem) ou une diète déficiente (DC-1sem, DC-14sem). À 7 jours, les groupes C-1sem et DC-1sem ont été sacrifiés, le plasma et le foie collectés. Les groupes C-14sem et DC-14sem ont reçu la diète standard jusqu’à 14sem de vie. La glycémie et les triglycérides plasmatiques ont été mesurés à 1, 3, 11, et 13-14sem. La tolérance au glucose a été évaluée à 13sem. Les antioxydants hépatiques et les protéines régulant le métabolisme énergétique ont été analysés à 1 et 14sem. Résultats: Un statut redox oxydé du glutathion était associé avec la diète déficiente et était maintenu oxydé au moins jusqu’à 14sem (p<0.01). Les faibles niveaux de triglycérides plasmatiques et de glycémies, ainsi qu’une meilleure tolérance au glucose à 14sem (p<0.05) étaient associés avec un statut redox plus oxydé. Conclusion: Le faible taux de glutathion observé chez les prématurés a été reproduit dans notre modèle. Puisque nos données suggèrent un rôle protecteur d’un redox plus oxydé et que l’environnement redox est un important régulateur métabolique influençant le développement, il faudrait faire attention avant d’initier des traitements antioxydants agressifs chez les prématurés.

Rôle des neutrophiles dans l'inflammation allergique associée au souffle chez le cheval, un modèle naturel d'asthme

Réalisé en cotutelle avec le Dr James G Martin de l'Université McGill (Meakins-Christie laboratories)

Nutrition parentérale du nouveau-né : modulation du stress oxydant et conséquences hépatiques

Introduction : Les enfants prématurés ont la particularité de naître alors que leur développement est souvent incomplet et nécessite la mise en œuvre de soins intensifs visant à poursuivre leur croissance en dehors de l’environnement utérin. Souvent cependant, le stade développemental de l’enfant ne lui permet pas d’assimiler une alimentation entérale du fait de l’immaturité de son système digestif. Le recours à une voie centrale délivrant les nutriments assurant le développement devient alors une nécessité. Ce type de nutrition, appelée nutrition parentérale (NP, ou total parenteral nutrition TPN), permet l’administration de molécules simples, directement dans le sang du prématuré. Il n’est toutefois pas exempt de risques puisqu’exposée à la lumière, la NP peut s’oxyder et générer des molécules oxydantes telles que des hydroperoxydes lipidiques susceptibles de se fragmenter par la suite en hydroxy-alkénals. Ceci devient problématique au vu de l’immaturité des systèmes de défenses antioxydants du nouveau-né prématuré. L’utilisation prolongée de la NP est d’ailleurs à l’origine de maladie hépatiques dans lesquelles le stress oxydant et la nécro-inflammation sont des composantes majeures. Nous avons émis l’hypothèse que l’infusion chez les enfants prématurés, d’aldéhydes d’origine lipidique est en relation avec le développement du stress oxydant et de l’inflammation hépatique. Objectif : Notre étude a consisté à évaluer la relation entre les quantités d’hydroxy-alkénals dans la NP et les effets hépatiques engendrés sur les marqueurs de stress oxydant et les voies de signalisation responsables d’une induction de processus inflammatoire. Dans ce but, nous avons cherché à mesurer la peroxydation lipidique dans l’émulsion lipidique de la NP et la conséquence de l’infusion en continue d’hydroxy-alkénals sur les marqueurs de stress oxydant, sur la voie de signalisation médiée par le Nuclear Factor κB et sur le déclenchement du processus inflammatoire hépatique. A la suite de ce travail, nous avons également travaillé sur des alternatives à la photoprotection, qui est la seule méthode réellement optimale pour réduire la peroxydation des lipides de la NP, mais cliniquement difficilement praticable. Résultats : Nos résultats ont mis en évidence la génération de 4-hydroxynonenal in vitro dans la NP, ce phénomène est augmenté par une exposition lumineuse. Dans ce cadre, nous avons montré l’inefficacité de l’ajout de multivitamines dans l’émulsion lipidique comme alternative à la photoprotection. Dans la validation biologique qui a suivi sur un modèle animal, nos résultats ont permis de démontrer que l’augmentation des adduits glutathion-hydroxynonenal était imputable à l’augmentation de 4-hydroxynonenal (4-HNE) dans la NP, et non à une peroxydation endogène. Nos données indiquent que la probable augmentation hépatique des niveaux de 4-HNE a conduit à une activation du NFκB responsable de l’activation de la transcription des gènes pro-inflammatoires du Tumour Necrosis Factor-α (TNF-α) et de l’interleukine-1 (IL-1). Nous avons alors évalué la capacité d’une émulsion lipidique enrichie en acides gras polyinsaturés (AGPI) n-3 à baisser les concentrations de 4-HNE dans la NP, mais également à moduler le stress oxydant et les marqueurs pro-inflammatoires. Enfin, nous avons démontré, en collaboration avec l’équipe du Dr Friel, que certains peptides isolés du lait humain (par un processus mimant la digestion) permettent également une modulation du stress oxydant et du processus inflammatoire. Conclusion : Le stress oxydant exogène issu de la NP a conduit par activation de facteurs de transcription intra-hépatiques au déclenchement d’un processus inflammatoire potentiellement responsable du développement de maladies hépatiques reliées à la NP telle que la cholestase. Dans ce sens, les AGPI n-3 et les peptides antioxydants peuvent se poser en tant qu’alternatives crédibles à la photoprotection.

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

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

Une ville bien arrosée : Montréal durant l'ère de la prohibition (1920-1933)

Au début des années 1920, la ville de Montréal se retrouve dans une situation assez unique. À l’époque, les États-Unis et toutes les provinces canadiennes à l’exception du Québec ont adopté la prohibition de la vente d’alcool. Mais même au Québec, environ la moitié de la population de la province est alors touchée par des prohibitions locales (votées au niveau municipal), des prohibitions qui ont largement perduré tout au long de la période à l’étude. Durant cette ère de prohibition de l’alcool nord-américaine, Montréal est la plus grande ville, et une des seules sur le continent non régie par une loi sur la prohibition. C’est aussi celle qui dispose des lois les plus libérales envers l’alcool des deux côtés du 49ème parallèle grâce à la création de la Commission des Liqueurs de Québec (CLQ), le premier système de contrôle gouvernemental de l’alcool en Amérique du Nord. C’est dans ce contexte que Montréal devient une rare oasis dans un continent assoiffé et le plus grand cobaye du modèle de contrôle gouvernemental de l’alcool. Ce mémoire examine les impacts de cette conjoncture sur le développement de cette ville, de son industrie touristique, de sa vie nocturne et de sa réputation. En premier lieu, le mémoire présente une mise en contexte de la situation aux États-Unis, au Canada et au Québec afin de faire ressortir le caractère unique de Montréal pendant cette période. En deuxième lieu, l’essor du tourisme dit « de liqueur » et de la vie nocturne montréalaise, à la fois légale et illicite, est exploré. En dernier lieu, le mémoire met au jour l’impact que cette conjoncture a eu sur la construction de la réputation de la ville à travers l’examen des écrits des anti- et pro-prohibitionnistes qui ont chacun propagé des visions idéalisées et démonisées de cette ville « bien arrosée », ainsi que des documents associés à l’essor du tourisme, tels que les chansons, les guides touristiques et les récits de voyage, qui, pour leur part, ont présenté un image plus romancée de la métropole et associée à un refuge festif de la prohibition. Malgré leurs différences, ces trois visions de Montréal l’ont néanmoins associée à la liberté, que ce soit une liberté ordonnée, dangereuse ou bien émancipatrice. Ainsi, à partir de l’expérience de la prohibition et du tourisme de liqueur, Montréal devient connue comme une ville « ouverte », dans ses acceptions à la fois positives et négatives.

Régulation de l'expression de PPARγ dans l'arthrose

L’arthrose (OA) est une maladie dégénérative très répondue touchant les articulations. Elle est caractérisée par la destruction progressive du cartilage articulaire, l’inflammation de la membrane synoviale et le remodelage de l’os sous chondral. L’étiologie de cette maladie n’est pas encore bien définie. Plusieurs études ont été menées pour élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires impliqués dans le développement de l’OA. Les effets protecteurs du récepteur activé par les proliférateurs de peroxysomes gamma (PPARγ) dans l'OA sont bien documentés. Il a été démontré que PPARγ possède des propriétés anti-inflammatoires et anti-cataboliques. Aussi, plusieurs stimuli ont été impliqués dans la régulation de l’expression de PPARγ dans différents types cellulaires. Cependant, les mécanismes exacts responsables de cette régulation ainsi que le profil de l’expression de ce récepteur au cours de la progression de l’OA ne sont pas bien connus. Dans la première partie de nos travaux, nous avons essayé d’élucider les mécanismes impliqués dans l’altération de l’expression de PPARγ dans cette maladie. Nos résultats ont confirmé l’implication de l’interleukine-1β (IL-1β), une cytokine pro-inflammatoire, dans la réduction de l’expression de PPARγ au niveau des chondrocytes du cartilage articulaire. Cet effet coïncide avec l'induction de l’expression du facteur de transcription à réponse précoce de type 1 (Egr-1). En plus, la diminution de l'expression de PPARγ a été associée au recrutement d'Egr-1 et la réduction concomitante de la liaison de Sp1 au niveau du promoteur de PPARγ. Dans la deuxième partie de nos travaux, nous avons évalué le profil d’expression de ce récepteur dans le cartilage au cours de la progression de cette maladie. Le cochon d’inde avec OA spontanée et le chien avec OA induite par rupture du ligament croisé antérieur (ACLT) deux modèles animaux d’OA ont été utilisés pour suivre l’expression des trois isoformes de PPARs : PPAR alpha (α), PPAR béta (β) et PPAR gamma (γ) ainsi que la prostaglandine D synthase hématopoïétique (H-PGDS) et la prostaglandine D synthase de type lipocaline (L-PGDS) deux enzymes impliquées dans la production de l’agoniste naturel de PPARγ, la 15-Deoxy-delta(12,14)-prostaglandine J(2) (15d-PGJ2). Nos résultats ont démontré des changements dans l’expression de PPARγ et la L-PGDS. En revanche, l’expression de PPARα, PPARβ et H-PGDS est restée stable au fil du temps. La diminution de l’expression de PPARγ dans le cartilage articulaire semble contribuer au développement de l’OA dans les deux modèles animaux. En effet, le traitement des chondrocytes par de siRNA dirigé contre PPARγ a favorisé la production des médiateurs arthrosiques tels que l'oxyde nitrique (NO) et la métalloprotéase matricielle de type 13 (MMP-13), confirmant ainsi le rôle anti-arthrosique de ce récepteur. Contrairement à ce dernier, le niveau d'expression de la L-PGDS a augmenté au cours de la progression de cette maladie. La surexpression de la L-PGDS au niveau des chondrocytes humains a été associée à la diminution de la production de ces médiateurs arthrosiques, suggérant son implication dans un processus de tentative de réparation. En conclusion, l’ensemble de nos résultats suggèrent que la modulation du niveau d’expression de PPARγ, de la L-PGDS et d’Egr-1 au niveau du cartilage articulaire pourrait constituer une voie thérapeutique potentielle dans le traitement de l’OA et probablement d’autres formes d'arthrite.

Changes in in vitro susceptibility of influenza A H3N2 viruses to a neuraminidase inhibitor drug during evolution in the human host

Objectives: Influenza A H3N2 viruses isolated recently have characteristic receptor binding properties that may decrease susceptibility to neuraminidase inhibitor drugs. A panel of clinical isolates and recombinant viruses generated by reverse genetics were characterized and tested for susceptibility to zanamivir. Methods: Plaque reduction assays and neuraminidase enzyme inhibition assays were used to assess susceptibility to zanamivir. Receptor binding properties of the viruses were characterized by differential agglutination of red blood cells (RBCs) from different species. Sequence analysis of the haemagglutinin (HA) and neuraminidase (NA) genes was carried out. Results: Characterization of a panel of H3N2 clinical isolates from 1968 to 2000 showed a gradual decrease in agglutination of chicken and guinea pig RBCs over time, although all isolates could agglutinate turkey RBCs equally. Sequence analysis of the HA and NA genes identified mutations in conserved residues of the HA1 receptor binding site, in particular Leu-226 --> Ile-226/Val-226, and modification of potential glycosylation site motifs. This may be indicative of changes in virus binding to sialic acid (SA) receptors in recent years. Although recent isolates had reduced susceptibility to zanamivir in MDCK cell based plaque reduction assays, no difference was found in an NA enzyme-inhibition assay. Assays with recombinant isogenic viruses showed that the recent HA, but not the NA, conferred reduced susceptibility to zanamivir. Conclusion: This study demonstrates that recent clinical isolates of influenza A H3N2 virus no longer agglutinate chicken RBCs, but despite significant receptor binding changes as a result of changes in HA, there was little variation in sensitivity of the NA to zanamivir.

The effects of paeonol on the electrophysiological properties of cardiac ventricular myocytes

Previous studies have shown that "Mudanpi", a Chinese herbal medicine, has a significant cardioprotective effect against myocardial ischaemia. Based on these findings we hypothesised that paeonol, the main component of Mudanpi, might have an effect on the cellular electrophysiology of cardiac ventricular myocytes. The effects of paeonol on the action potential and ion channels of cardiac ventricular myocytes were studied using the standard whole-cell configuration of the patch-clamp technique. Ventricular myocytes were isolated from the hearts of adult guinea-pig by enzymic dispersion. The myocytes were continuously perfused with various experimental solutions at room temperature and paeonol applied in the perfusate. Action potentials and membrane currents were recorded using both current and voltage clamp modes of the patch-clamp technique. Paeonol, at concentrations 160 mu M and 640 mu M, decreased the action potential upstroke phase, an action associated with the blockade of the voltage-gated, fast sodium channel. The effects of paeonol on both action potential and Na+ current were concentration dependent. Paeonol had a high affinity for inactivated sodium channels. Paeonol also shortened the action potential duration, in a manner not associated with the blockade of the calcium current, or the enhancement of potassium currents. These findings suggest that paeonol, and therefore Mudanpi, may possess antiarrhythmic activity, which may confer its cardioprotective effects. (c) 2006 Elsevier B.V All rights reserved.

Generation, description and storage of dendritic morphology data

It is generally assumed that the variability of neuronal morphology has an important effect on both the connectivity and the activity of the nervous system, but this effect has not been thoroughly investigated. Neuroanatomical archives represent a crucial tool to explore structure–function relationships in the brain. We are developing computational tools to describe, generate, store and render large sets of three–dimensional neuronal structures in a format that is compact, quantitative, accurate and readily accessible to the neuroscientist. Single–cell neuroanatomy can be characterized quantitatively at several levels. In computer–aided neuronal tracing files, a dendritic tree is described as a series of cylinders, each represented by diameter, spatial coordinates and the connectivity to other cylinders in the tree. This ‘Cartesian’ description constitutes a completely accurate mapping of dendritic morphology but it bears little intuitive information for the neuroscientist. In contrast, a classical neuroanatomical analysis characterizes neuronal dendrites on the basis of the statistical distributions of morphological parameters, e.g. maximum branching order or bifurcation asymmetry. This description is intuitively more accessible, but it only yields information on the collective anatomy of a group of dendrites, i.e. it is not complete enough to provide a precise ‘blueprint’ of the original data. We are adopting a third, intermediate level of description, which consists of the algorithmic generation of neuronal structures within a certain morphological class based on a set of ‘fundamental’, measured parameters. This description is as intuitive as a classical neuroanatomical analysis (parameters have an intuitive interpretation), and as complete as a Cartesian file (the algorithms generate and display complete neurons). The advantages of the algorithmic description of neuronal structure are immense. If an algorithm can measure the values of a handful of parameters from an experimental database and generate virtual neurons whose anatomy is statistically indistinguishable from that of their real counterparts, a great deal of data compression and amplification can be achieved. Data compression results from the quantitative and complete description of thousands of neurons with a handful of statistical distributions of parameters. Data amplification is possible because, from a set of experimental neurons, many more virtual analogues can be generated. This approach could allow one, in principle, to create and store a neuroanatomical database containing data for an entire human brain in a personal computer. We are using two programs, L–NEURON and ARBORVITAE, to investigate systematically the potential of several different algorithms for the generation of virtual neurons. Using these programs, we have generated anatomically plausible virtual neurons for several morphological classes, including guinea pig cerebellar Purkinje cells and cat spinal cord motor neurons. These virtual neurons are stored in an online electronic archive of dendritic morphology. This process highlights the potential and the limitations of the ‘computational neuroanatomy’ strategy for neuroscience databases.

Pungent general anesthetics activate transient receptor potential-A1 to produce hyperalgesia and neurogenic bronchoconstriction

BACKGROUND: Volatile anesthetics such as isoflurane and halothane have been in clinical use for many years and represent the group of drugs most commonly used to maintain general anesthesia. However, despite their widespread use, the molecular mechanisms by which these drugs exert their effects are not completely understood. Recently, a seemingly paradoxical effect of general anesthetics has been identified: the activation of peripheral nociceptors by irritant anesthetics. This mechanism may explain the hyperalgesic actions of inhaled anesthetics and their adverse effects in the airways. METHODS: To test the hypothesis that irritant inhaled anesthetics activate the excitatory ion-channel transient receptor potential (TRP)-A1 and thereby contribute to hyperalgesia and irritant airway effects, we used the measurement of intracellular calcium concentration in isolated cells in culture. For our functional experiments, we used models of isolated guinea pig bronchi to measure bronchoconstriction and withdrawal threshold to mechanical stimulation with von Frey filaments in mice. RESULTS: Irritant inhaled anesthetics activate TRPA1 expressed in human embryonic kidney cells and in nociceptive neurons. Isoflurane induces mechanical hyperalgesia in mice by a TRPA1-dependent mechanism. Isoflurane also induces TRPA1-dependent constriction of isolated bronchi. Nonirritant anesthetics do not activate TRPA1 and fail to produce hyperalgesia and bronchial constriction. CONCLUSIONS: General anesthetics induce a reversible loss of consciousness and render the patient unresponsive to painful stimuli. However, they also produce excitatory effects such as airway irritation and they contribute to postoperative pain. Activation of TRPA1 may contribute to these adverse effects, a hypothesis that remains to be tested in the clinical setting.

Cigarette smoke-induced neurogenic inflammation is mediated by α,β-unsaturated aldehydes and the TRPA1 receptor in rodents

Cigarette smoke (CS) inhalation causes an early inflammatory response in rodent airways by stimulating capsaicin-sensitive sensory neurons that express transient receptor potential cation channel, subfamily V, member 1 (TRPV1) through an unknown mechanism that does not involve TRPV1. We hypothesized that 2 alpha,beta-unsaturated aldehydes present in CS, crotonaldehyde and acrolein, induce neurogenic inflammation by stimulating TRPA1, an excitatory ion channel coexpressed with TRPV1 on capsaicin-sensitive nociceptors. We found that CS aqueous extract (CSE), crotonaldehyde, and acrolein mobilized Ca2+ in cultured guinea pig jugular ganglia neurons and promoted contraction of isolated guinea pig bronchi. These responses were abolished by a TRPA1-selective antagonist and by the aldehyde scavenger glutathione but not by the TRPV1 antagonist capsazepine or by ROS scavengers. Treatment with CSE or aldehydes increased Ca2+ influx in TRPA1-transfected cells, but not in control HEK293 cells, and promoted neuropeptide release from isolated guinea pig airway tissue. Furthermore, the effect of CSE and aldehydes on Ca2+ influx in dorsal root ganglion neurons was abolished in TRPA1-deficient mice. These data identify alpha,beta-unsaturated aldehydes as the main causative agents in CS that via TRPA1 stimulation mediate airway neurogenic inflammation and suggest a role for TRPA1 in the pathogenesis of CS-induced diseases.

Neurogenic responses mediated by vanilloid receptor-1 (TRPV1) are blocked by the high affinity antagonist, iodo-resiniferatoxin

(1) Stimulation of the vanilloid receptor-1 (TRPV1) results in the activation of nociceptive and neurogenic inflammatory responses. Poor specificity and potency of TRPV1 antagonists has, however, limited the clarification of the physiological role of TRPV1. (2) Recently, iodo-resiniferatoxin (I-RTX) has been reported to bind as a high affinity antagonist at the native and heterologously expressed rat TRPV1. Here we have studied the ability of I-RTX to block a series of TRPV1 mediated nociceptive and neurogenic inflammatory responses in different species (including transfected human TRPV1). (3) We have demonstrated that I-RTX inhibited capsaicin-induced mobilization of intracellular Ca(2+) in rat trigeminal neurons (IC(50) 0.87 nM) and in HEK293 cells transfected with the human TRPV1 (IC(50) 0.071 nM). (4) Furthermore, I-RTX significantly inhibited both capsaicin-induced CGRP release from slices of rat dorsal spinal cord (IC(50) 0.27 nM) and contraction of isolated guinea-pig and rat urinary bladder (pK(B) of 10.68 and 9.63, respectively), whilst I-RTX failed to alter the response to high KCl or SP. (5) Finally, in vivo I-RTX significantly inhibited acetic acid-induced writhing in mice (ED(50) 0.42 micro mol kg(-1)) and plasma extravasation in mouse urinary bladder (ED(50) 0.41 micro mol kg(-1)). (6) In in vitro and in vivo TRPV1 activated responses I-RTX was approximately 3 log units and approximately 20 times more potent than capsazepine, respectively. This high affinity antagonist, I-RTX, may be an important tool for future studies in pain and neurogenic inflammatory models.