A combined computational and functional approach identifies new residues involved in pH-dependent gating of ASIC1a.

Acid-sensing ion channels (ASICs) are key receptors for extracellular protons. These neuronal nonvoltage-gated Na(+) channels are involved in learning, the expression of fear, neurodegeneration after ischemia, and pain sensation. We have applied a systematic approach to identify potential pH sensors in ASIC1a and to elucidate the mechanisms by which pH variations govern ASIC gating. We first calculated the pK(a) value of all extracellular His, Glu, and Asp residues using a Poisson-Boltzmann continuum approach, based on the ASIC three-dimensional structure, to identify candidate pH-sensing residues. The role of these residues was then assessed by site-directed mutagenesis and chemical modification, combined with functional analysis. The localization of putative pH-sensing residues suggests that pH changes control ASIC gating by protonation/deprotonation of many residues per subunit in different channel domains. Analysis of the function of residues in the palm domain close to the central vertical axis of the channel allowed for prediction of conformational changes of this region during gating. Our study provides a basis for the intrinsic ASIC pH dependence and describes an approach that can also be applied to the investigation of the mechanisms of the pH dependence of other proteins.

La biologie moléculaire est-elle utile au praticien [Is molecular biology useful to the practitioner?]

The relative importance of molecular biology in clinical practice is often underestimated. However, numerous procedures in clinical diagnosis and new therapeutic drugs have resulted from basic molecular research. Furthermore, understanding of the physiological and physiopathological mechanisms underlying several human diseases has been improved by the results of basic molecular research. For example, cloning of the gene encoding leptin has provided spectacular insights into the understanding of the mechanisms involved in the control of food intake and body weight maintenance in man. In cystic fibrosis, the cloning and identification of several mutations in the gene encoding the chloride channel transmembrane regulator (CFTR) have resolved several important issues in clinical practice: cystic fibrosis constitutes a molecular defect of a single gene. There is a strong correlation between the clinical manifestations or the severity of the disease (phenotype) with the type of mutations present in the CFTR gene (genotype). More recently, identification of mutations in the gene encoding a subunit of the renal sodium channel in the Liddle syndrome has provided important insight into the physiopathological understanding of mechanisms involved in this form of hereditary hypertension. Salt retention and secondary high blood pressure are the result of constitutive activation of the renal sodium channel by mutations in the gene encoding the renal sodium channel. It is speculated that less severe mutations in this channel could result in a less severe form of hypertension which may correspond to patients suffering from high blood pressure with low plasma renin activity. Several tools, most notably PCR, are derived from molecular research and are used in everyday practice, i.e. in prenatal diagnosis and in the diagnosis of several infectious diseases including tuberculosis and hepatitis. Finally, the production of recombinant proteins at lower cost and with fewer side effects is used in everyday clinical practice. Gene therapy remains an extraordinary challenge in correcting severe hereditary or acquired diseases. The use of genetically modified animal cell lines producing growth factors, insulin or erythropoetin, which are subsequently encapsulated and transferred to man, represents an attractive approach for gene therapy.

Phenotypical analysis of mice deficient for the channel activating protease CAP2

Channel activating proteases (CAP) are membrane-bound serine proteases that have been identified as in vitro activators of the epithelial sodium channel (ENaC). Two of them are mainly studied in the laboratory. CAP1/Prss8 was previously shown implicated in colonic sodium homeostasis in vivo. In the first part of this thesis, we generated and characterized mice deficient for CAP2/Tmprss4. The mice are healthy and viable, and they do not show any obvious phenotype. We investigated ENaC activity and expression under regular and sodium- deficient diet, and we could demonstrate that CAP2 is not a major regulator of sodium homeostasis in vivo. We next studied whether CAP2 is implicated in potassium homeostasis. We detected a strong gender-dependency when CAP2 knock-out mice were put under a potassium-deficient diet. We showed in male mice an implication of CAP2 in the regulation of the colonic H+, K+- ATPase, and we propose an implication of membrane-associated progesterone receptors and their binding partners, as well as a possible cleavage-mediated glucocorticoid receptor signalling. We studied the possible interaction between CAPI and CAP2 by generating and characterizing two different mouse study groups, displaying different hypomorphic mutations in the CAPI gene, and deficient for CAP2. We demonstrate that balanced expression of CAPI and CAP2 is required for maintainance of skin integrity and for normal placental development. As CAPI knock-out embryos die due to a placental failure, the additional combined deletion of CAP2 resulted in survival until birth. We could evidence that CAPI and CAP2 are implicated in the same signalling pathway as proposed in cancer studies at the level of the placenta, implicating integrin a5, ERK, AKT, E- and N-cadherin. Furthermore, we investigated whether CAPI is implicated in the pathogenesis and susceptibility to experimental chronic colitis in a mutant rat model. By giving CAPI mutant rats Dextran sodium sulfate, we induced chronic inflammation of the colon, and we highlighted the protective role of CAPI at the histopathological and clinical levels. In conclusion, we showed that CAP2 is not a major regulator of ENaC-mediated sodium homeostasis in vivo, but rather a regulator of potassium homeostasis in a gender-dependent manner implicating the colonic H+, K+-ATPase, membrane progesterone receptors, and the glucocorticoid receptor. We have investigated whether CAPI and CAP2 interact at the functional level, and we show that a balanced expression of CAPI and CAP2 is required in the skin, but also in the placenta. Imbalanced expression of CAPI and CAP2 leads to impaired EMT-associated signalling. We have studied whether CAPI is implicated in the pathogenesis and susceptibility to chronic colitis, and we demonstrated the protective role of CAPI in distal colon. -- Les protéases activatrices de canal (CAP) sont des protéases à serine attachées à la membrane qui ont été identifiées comme activateurs in vitro du canal sodique épithélial (ENaC). Deux de ces protéases sont principalement étudiées dans le laboratoire. CAP1/Prss8 a été identifié préalablement comme impliqué dans l'homéostasie du sodium in vivo au niveau du côlon. Dans la première partie de cette thèse, nous avons généré et caractérisé des souris déficientes pour CAP2/Tmprss4. Les souris sont en bonne santé et viables, et elles ne présentent pas de phénotype visible. Nous avons étudié l'activité et l'expression d'ENaC sous diète normale et déficiente en sodium, et nous avons démontré que CAP2 n'est pas un régulateur essentiel de l'homéostasie sodique in vivo. Nous avons ensuite étudié si CAP2 est impliqué dans l'homéostasie du potassium. Nous avons détecté une forte dépendance du sexe lorsque les souris knock-out pour CAP2 étaient placées sous diète déficiente en potassium. Nous avons démontré dans les souris mâles une implication de CAP2 dans la régulation de la H+, K+- ATPase colonique, des récepteurs membranaires à la progestérone et de leur partenaires de liaison, ainsi que dans la possible signalisation médiée par le clivage du récepteur aux glucocorticoïdes. Nous avons étudié l'interaction possible entre CAPI et CAP2 en générant et en caractérisant deux groupes d'étude de souris différents, porteurs de différentes mutations hypomorphiques dans le gène de CAPI, et déficients pour CAP2. Nous avons pu montrer qu'une expression équilibrée de CAPI et CAP2 est requise pour le maintien de l'intégrité de la peau et pour le développement normal du placenta. Les embryons knock-out pour CAPI meurent suite à une défaillance placentaire, et la délétion additionnelle et combinée de CAP2 permet la survie jusqu'à la naissance. Nous supposons que CAPI et CAP2 sont impliqués dans la même voie de signalisation au niveau du placenta que celle proposée dans les études de cancer, impliquant l'intégrine a5, ERK, AKT, E- et N-cadhérine. De plus, nous avons étudié si CAPI est impliqué dans la pathogenèse et la susceptibilité de colite chronique expérimentale dans un modèle de rat mutant. En administrant aux rats mutants pour CAPI du Dextran sodium sulfate, nous avons induit une inflammation chronique du côlon, et nous avons pu mettre en évidence le rôle protecteur de CAPI au niveau histopathologique et au niveau clinique. En conclusion, nous avons démontré que CAP2 n'est pas un régulateur essentiel de l'homéostasie sodique médiée par ENaC in vivo, mais plutôt de l'homéostasie potassique d'une manière dépendante du sexe et impliquant la H+, K+-ATPase colonique, les récepteurs membranaires à la progestérone et le récepteur aux glucocorticoïdes. Nous avons étudié si CAPI et CAP2 interagissent au niveau fonctionnel, et nous avons montré qu'une expression équilibrée entre CAPI et CAP2 est requise dans la peau et le placenta. L'expression déséquilibrée de CAPI et CAP2 mène à une altération de la signalisation associée à l'EMT. Nous avons étudié si CAPI est impliqué dans la pathogenèse et la susceptibilité de colite chronique expérimentale, et nous avons démontré le rôle protecteur de CAPI dans le côlon distal.

Regulation of nephron acidification by corticosteroids

The present paper reviews work from our laboratories evaluating the importance of adrenal cortical hormones in acidification by proximal and cortical distal tubules. Proximal acidification was determined by stationary microperfusion, and measurement of bicarbonate reabsorption using luminal pH determination was performed with H+-ion-sensitive microelectrodes. Rats were adrenalectomized (ADX) 48 h before the experiments, and corticosteroids (aldosterone (A), corticosterone (B), and 18-OH corticosterone (18-OH-B)) were injected intramuscularly 100 and 40 min before the experiments. In ADX rats stationary pH increased significantly to 7.03 as compared to sham-operated rats (6.78). Bicarbonate reabsorption decreased from 2.65 ± 0.18 in sham-operated rats to 0.50 ± 0.07 nmol cm-2 s-1 after ADX. The administration of the three hormones stimulated proximal tubule acidification, reaching, however, only 47.2% of the sham values in aldosterone-treated rats. Distal nephron acidification was studied by measuring urine minus blood pCO2 differences (U-B pCO2) in bicarbonate-loaded rats treated as above. This pCO2 difference is used as a measure of the distal nephron ability to secrete H+ ions into an alkaline urine. U-B pCO2 decreased significantly from 39.9 ± 1.26 to 11.9 ± 1.99 mmHg in ADX rats. When corticosteroids were given to ADX rats before the experiment, U-B pCO2 increased significantly, but reached control levels only when aldosterone (two 3-µg doses per rat) plus corticosterone (220 µg) were given together. In order to control for the effect of aldosterone on distal transepithelial potential difference one group of rats was treated with amiloride, which blocks distal sodium channels. Amiloride-treated rats still showed a significant reduction in U-B pCO2 after ADX. Only corticosterone and 18-OH-B but not aldosterone increased U-B pCO2 back to the levels of sham-operated rats. These results show that corticosteroids stimulate renal tubule acidification both in proximal and distal nephrons and provide some clues about the mechanism of action of these steroids

Inhibition of carbachol-induced inositol phosphate accumulation in the embryonic retina promoted by kainate and veratridine

In the present study, we report that low concentrations of the glutamate ionotropic agonist kainate decreased the turnover of [3H]-phosphoinositides ([3H]-InsPs) induced by muscarinic receptors in the chick embryonic retina. When 100 µM carbachol was used, the estimated IC50 value for kainate was 0.2 µM and the maximal inhibition of ~50% was obtained with 1 µM or higher concentrations of the glutamatergic agonist. Our data also show that veratridine, a neurotoxin that increases the permeability of voltage-sensitive sodium channels, had no effect on [3H]-InsPs levels of the embryonic retina. However, 50 µM veratridine, but not 50 mM KCl, inhibited ~65% of the retinal response to carbachol. While carbachol increased [3H]-InsPs levels from 241.2 ± 38.0 to 2044.5 ± 299.9 cpm/mg protein, retinal response decreased to 861.6 ± 113.9 cpm/mg protein when tissues were incubated with carbachol plus veratridine. These results suggest that the accumulation of phosphoinositides induced by activation of muscarinic receptors can be inhibited by the influx of Na+ ions triggered by activation of kainate receptors or opening of voltage-sensitive sodium channels in the chick embryonic retina.

Behavioral and electroencephalographic analysis of seizures induced by intrahippocampal injection of granulitoxin, a neurotoxic peptide from the sea anemone Bunodosoma granulifera

In this study, the behavioral and electroencephalographic (EEG) analysis of seizures induced by the intrahippocampal injection in rats of granulitoxin, a neurotoxic peptide from the sea anemone Bunodosoma granulifera, was determined. The first alterations occurred during microinjection of granulitoxin (8 µg) into the dorsal hippocampus and consisted of seizure activity that began in the hippocampus and spread rapidly to the occipital cortex. This activity lasted 20-30 s, and during this period the rats presented immobility. During the first 40-50 min after its administration, three to four other similar short EEG seizure periods occurred and the rats presented the following behavioral alterations: akinesia, facial automatisms, head tremor, salivation, rearing, jumping, barrel-rolling, wet dog shakes and forelimb clonic movements. Within 40-50 min, the status epilepticus was established and lasted 8-12 h. These results are similar to those observed in the acute phase of the pilocarpine model of temporal lobe epilepsy and suggest that granulitoxin may be a useful tool not only to study the sodium channels, but also to develop a new experimental model of status epilepticus.

Modulation de la stabilité de l'ARNm alphaENaC dans les cellules épithéliales alvéolaires : détermination du rôle des séquences 3' non traduites

Le transport actif de sodium par les cellules épithéliales alvéolaires est le principal mécanisme impliqué dans la régulation du niveau de liquide dans le poumon distal. Le canal épithélial sodique (ENaC) exprimé par les cellules épithéliales alvéolaires est essentiel à la résorption du liquide des poumons à la naissance ainsi que la résolution de l'œdème pulmonaire chez l'adulte. L'activité et l'expression du canal ENaC sont modulées par de nombreux stress pathophysiologiques. L'inflammation pulmonaire constitue un facteur important dans l'inhibition de l'expression du canal ENaC et pourrait favoriser la formation d'œdème pulmonaire. Nous avons précédemment démontré que différentes cytokines pro-inflammatoires, ainsi que les lipopolysaccharides (LPS) de Pseudomonas aeruginosa, inhibent l'expression de l'ARNm αENaC par des mécanismes de régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle. Ces résultats suggèrent que les mécanismes qui modulent la stabilité des ARNm αENaC pourraient jouer un rôle important dans la régulation du niveau d’expression du transcrit en condition inflammatoire. Le principal objectif de mes travaux était de caractériser les mécanismes de modulation de l’ARNm αENaC dans les cellules épithéliales alvéolaires lors de différents stress pathophysiologiques et déterminer si cette modulation pouvait s’expliquer en partie par une régulation de la stabilité du transcrit. Mes travaux montrent que les LPS et la cycloheximide inhibent l’expression de l’ARNm αENaC de façon similaire via l’activation des voies de signalisation des MAPK ERK1/2 et p38. Cependant, les mécanismes de modulation de l’expression de l'ARNm αENaC sont différents puisque les LPS répriment la transcription du gène, alors que la cycloheximide diminuerait la stabilité du transcrit via des mécanismes post-transcriptionnels impliquant la région 3' non traduite (3'UTR) de l'ARNm αENaC. Pour mieux étudier le rôle du 3'UTR dans ce processus, nous avons développé un modèle Tet-Off nous permettant de mesurer la demi-vie de l’ARNm αENaC indépendamment de l’utilisation d’un inhibiteur de la transcription comme l'actinomycine D (Act. D). Nous avons montré que la demi-vie de l’ARNm αENaC était de 100min, un temps beaucoup plus court que celui rapporté dans la littérature. Nous avons démontré que l’Act. D a un effet stabilisateur important sur l’ARNm αENaC et qu’il ne peut être utilisé pour évaluer la stabilité du transcrit. À l’aide de différents mutants de délétion, nous avons entrepris de déterminer la nature des régions du 3’UTR impliquées dans la modulation de la stabilité du transcrit. Nous avons trouvé que le 3’UTR joue un rôle à la fois de stabilisation (région 3’UTR proximale) et de déstabilisation (région 3’UTR distale) du transcrit. Notre système nous a finalement permis de confirmer que la diminution de l’ARNm αENaC observée en présence de TNF-α s’expliquait en partie par une diminution importante de la stabilité du transcrit induite par cette cytokine. Enfin, nous avons identifié la nature des protéines pouvant se lier au 3’UTR de l’ARNm αENaC et déterminé lesquelles pouvaient moduler la stabilité du transcrit. Des trois protéines candidates trouvées, nous avons confirmé que la surexpression de DHX36 et TIAL1 diminue le niveau de transcrit par un mécanisme impliquant la stabilité du messager. Les travaux présentés ici montrent la complexité des voies de signalisation induites par différents stress sur les cellules épithéliales alvéolaires et montrent comment la stabilité de l’ARNm αENaC et en particulier, les séquences du 3’UTR jouent un rôle important dans la modulation du niveau de transcrit. Le modèle Tet-Off que nous avons développé permet d’estimer le temps de demi-vie réel de l’ARNm αENaC et montre que le 3’UTR du messager joue un rôle complexe dans la stabilisation du messager en condition de base ainsi qu’en condition pro-inflammatoire. Enfin, nous avons identifié deux protéines liant l’ARNm qui pourraient jouer un rôle important dans la modulation de la stabilité du transcrit.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Polimorfismos del gen Butirilcolinesterasa responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína”

La butirilcolinesterasa humana (BChE; EC 3.1.1.8) es una enzima polimórfica sintetizada en el hígado y en el tejido adiposo, ampliamente distribuida en el organismo y encargada de hidrolizar algunos ésteres de colina como la procaína, ésteres alifáticos como el ácido acetilsalicílico, fármacos como la metilprednisolona, el mivacurium y la succinilcolina y drogas de uso y/o abuso como la heroína y la cocaína. Es codificada por el gen BCHE (OMIM 177400), habiéndose identificado más de 100 variantes, algunas no estudiadas plenamente, además de la forma más frecuente, llamada usual o silvestre. Diferentes polimorfismos del gen BCHE se han relacionado con la síntesis de enzimas con niveles variados de actividad catalítica. Las bases moleculares de algunas de esas variantes genéticas han sido reportadas, entre las que se encuentra las variantes Atípica (A), fluoruro-resistente del tipo 1 y 2 (F-1 y F-2), silente (S), Kalow (K), James (J) y Hammersmith (H). En este estudio, en un grupo de pacientes se aplicó el instrumento validado Lifetime Severity Index for Cocaine Use Disorder (LSI-C) para evaluar la gravedad del consumo de “cocaína” a lo largo de la vida. Además, se determinaron Polimorfismos de Nucleótido Simple (SNPs) en el gen BCHE conocidos como responsables de reacciones adversas en pacientes consumidores de “cocaína” mediante secuenciación del gen y se predijo el efecto delos SNPs sobre la función y la estructura de la proteína, mediante el uso de herramientas bio-informáticas. El instrumento LSI-C ofreció resultados en cuatro dimensiones: consumo a lo largo de la vida, consumo reciente, dependencia psicológica e intento de abandono del consumo. Los estudios de análisis molecular permitieron observar dos SNPs codificantes (cSNPs) no sinónimos en el 27.3% de la muestra, c.293A>G (p.Asp98Gly) y c.1699G>A (p.Ala567Thr), localizados en los exones 2 y 4, que corresponden, desde el punto de vista funcional, a la variante Atípica (A) [dbSNP: rs1799807] y a la variante Kalow (K) [dbSNP: rs1803274] de la enzima BChE, respectivamente. Los estudios de predicción In silico establecieron para el SNP p.Asp98Gly un carácter patogénico, mientras que para el SNP p.Ala567Thr, mostraron un comportamiento neutro. El análisis de los resultados permite proponer la existencia de una relación entre polimorfismos o variantes genéticas responsables de una baja actividad catalítica y/o baja concentración plasmática de la enzima BChE y algunas de las reacciones adversas ocurridas en pacientes consumidores de cocaína.

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.

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

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

Revisiting cangitoxin, a sea anemone peptide: Purification and characterization of cangitoxins II and III from the venom of Bunodosoma cangicum

Sodium channel toxins from sea anemones are employed as tools for dissecting the biophysical properties of inactivation in voltage-gated sodium channels. Cangitoxin (CGTX) is a peptide containing 48 amino acid residues and was formerly purified from Bunodosoma cangicum. Nevertheless, previous works reporting, the isolation procedures for such peptide from B. cangicum secretions are controversial and may lead to incorrect information. In this paper, we report a simple and rapid procedure, consisting of two chromatographic steps, in order to obtain a CGTX analog directly from sea anemone venom. We also report a substitution of N16D in this peptide sample and the co-elution of an inseparable minor isoform presenting the R14H substitution. Peptides are named as CGTX-II and CGTX-III, and their effects over Nav1.1 channels in patch clamp experiments are demonstrated. (c) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Bunodosine 391: An Analgesic Acylamino Acid from the Venom of the Sea Anemone Bunodosoma cangicum

A new acylamino acid, bunodosine 391 (BDS 391), was isolated from the venom of the sea anemone Bunodosoma cangicum. The structure was elucidated by spectroscopic analyses (2D NMR, ESIMS/MS) and verified by its synthesis. Intraplantar injection of BDS 391 into the hind paw of a rat induced a potent analgesic effect. This effect was not altered by naloxone (an opioid receptor antagonist), but was completely reversed by methysergide (a serotonin receptor antagonist), indicating that the effect is mediated by activation of serotonin receptors:

Histochemical differences in the responses of predominantly fast-twitch glycolytic muscle and slow-twitch oxidative muscle to veratrine

The aim of this study was to investigate if the Na+-channel activating alkaloid veratrine is able to change the oxidative and m-ATPase activities of a fast-twitch glycolytic muscle (EDL, extensor digitorum longus) and slow-twitch oxidative muscle (SOL, soleus) in mice. Oxidative fibers and glycolytic fibers were more sensitive to veratrine than oxidative-glycolytic fibers 15, 30 and 60 min after the i.m. injection of veratrine (10 ng/kg) with both showing an increase in their metabolic activity in both muscles. In EDL, the m-ATPase reaction revealed a significant (p < 0.001) decrease (50%) in the number of type IIB fibers after 30 min while the number of type I fibers increased by 550%. Type I fibers decreased from 34% in control SOL to 17% (50% decrease) in veratrinized muscles, with a 10% decrease in type IIA fibers within 15 min. A third type of fiber appeared in SOL veratrinized muscle, which accounted for 28% of the fibers. Our work gives evidence that the changes in the percentage of the fiber types induced by veratrine may be the result, at least partially, from a direct effect of veratrine on muscle fibers and else from an interaction with the muscle type influencing distinctively the response of a same fiber type. Based on the results obtained in the present study the alterations in EDL may be related to the higher number of Na+ channels present in this muscle whereas those in SOL may involve an action of veratrine on mitochondria. Although it is unlikely that the shift of enzymes activities induced by veratrine involves genotypic expression changes an alternative explanation for the findings cannot be substantiated by the present experimental approach. (C) 2002 Elsevier B.V. Ltd. All rights reserved.