The nitric oxide ISO photocatalytic reactor system: Measurement of NOx removal activity and capacity

Although the NO removal-based air-purification ISO method ISO 22197-1:2007 is well established, its preconditioning requirements mean that only the initial activity of the photocatalyst under test is measured owing to the often-reported, gradual alteration of the surface kinetics for NO oxidation by air through the accumulation of surface HNO3. Herein, we compare the photocatalytic NO removal abilities of a number of different, common TiO2 materials, surface-saturated with photogenerated HNO3, with their behaviours observed during the typical 5 h-long ISO standard test. It is found that all the TiO2 materials studied eventually become largely NO to NO2 converters after sufficient exposure to NO under irradiation (>5 h) due to the accumulation of surface HNO3. The UV exposure time, t*, necessary to reach this HNO3 saturated condition is different for each different catalyst. As a consequence, an alternative preconditioning process for the ISO method is proposed which can be used to provide a more realistic measure of the photocatalytic activity of the underlying material and provide a measure of the NOx removing capacity of the photocatalytic material under test.

Specific role of neuronal nitric-oxide synthase when tethered to the plasma membrane calcium pump in regulating the beta-adrenergic signal in the myocardium

The cardiac neuronal nitric-oxide synthase (nNOS) has been described as a modulator of cardiac contractility. We have demonstrated previously that isoform 4b of the sarcolemmal calcium pump (PMCA4b) binds to nNOS in the heart and that this complex regulates beta-adrenergic signal transmission in vivo. Here, we investigated whether the nNOS-PMCA4b complex serves as a specific signaling modulator in the heart. PMCA4b transgenic mice (PMCA4b-TG) showed a significant reduction in nNOS and total NOS activities as well as in cGMP levels in the heart compared with their wild type (WT) littermates. In contrast, PMCA4b-TG hearts showed an elevation in cAMP levels compared with the WT. Adult cardiomyocytes isolated from PMCA4b-TG mice demonstrated a 3-fold increase in Ser(16) phospholamban (PLB) phosphorylation as well as Ser(22) and Ser(23) cardiac troponin I (cTnI) phosphorylation at base line compared with the WT. In addition, the relative induction of PLB phosphorylation and cTnI phosphorylation following isoproterenol treatment was severely reduced in PMCA4b-TG myocytes, explaining the blunted physiological response to the beta-adrenergic stimulation. In keeping with the data from the transgenic animals, neonatal rat cardiomyocytes overexpressing PMCA4b showed a significant reduction in nitric oxide and cGMP levels. This was accompanied by an increase in cAMP levels, which led to an increase in both PLB and cTnI phosphorylation at base line. Elevated cAMP levels were likely due to the modulation of cardiac phosphodiesterase, which determined the balance between cGMP and cAMP following PMCA4b overexpression. In conclusion, these results showed that the nNOS-PMCA4b complex regulates contractility via cAMP and phosphorylation of both PLB and cTnI.

Wavelet entropy of Doppler ultrasound blood velocity flow waveforms distinguishes nitric oxide-modulated states

Wavelet entropy assesses the degree of order or disorder in signals and presents this complex information in a simple metric. Relative wavelet entropy assesses the similarity between the spectral distributions of two signals, again in a simple metric. Wavelet entropy is therefore potentially a very attractive tool for waveform analysis. The ability of this method to track the effects of pharmacologic modulation of vascular function on Doppler blood velocity waveforms was assessed. Waveforms were captured from ophthalmic arteries of 10 healthy subjects at baseline, after the administration of glyceryl trinitrate (GTN) and after two doses of N(G)-nitro-L-arginine-methyl ester (L-NAME) to produce vasodilation and vasoconstriction, respectively. Wavelet entropy had a tendency to decrease from baseline in response to GTN, but significantly increased after the administration of L-NAME (mean: 1.60 ± 0.07 after 0.25 mg/kg and 1.72 ± 0.13 after 0.5 mg/kg vs. 1.50 ± 0.10 at baseline, p < 0.05). Relative wavelet entropy had a spectral distribution from increasing doses of L-NAME comparable to baseline, 0.07 ± 0.04 and 0.08 ± 0.03, respectively, whereas GTN had the most dissimilar spectral distribution compared with baseline (0.17 ± 0.08, p = 0.002). Wavelet entropy can detect subtle changes in Doppler blood velocity waveform structure in response to nitric-oxide-mediated changes in arteriolar smooth muscle tone.

Differential regulation of hippocampal neurogenesis by nitric oxide following seizures

The fact that the adult brain is able to produce new neurons or glial cells from neural stem cells (NSC) became one of the most interesting and challenging fields of research in neuroscience. Endogenous adult neurogenesis occurs in two main regions of the brain: the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricles and the subgranular zone (SGZ) in the dentate gyrus. Brain injury may be accompanied by increased neurogenesis, although neuroinflammation promotes the activation of microglial cells that can be detrimental to the neurogenic process. Nitric oxide (NO) is one of the factors released by microglia that can be proneurogenic. The mechanism by which NO promotes the proliferation of NSCs has been intensively studied. However, little is known about the role of NO in migration, survival and differentiation of the newborn cells. The aim of this work was to investigate the role of NO from inflammatory origin in proliferation, migration, differentiation and survival of NSCs from the dentate gyrus in a mouse model of status epilepticus. We also assessed neuroinflammation in the same injury model. Our work showed that NO increased proliferation of the early-born cells after seizures, but is detrimental for their survival. NO also increased migration of neuroblasts. Moreover, NO was important to maintain long-term neuroinflammation. Taken together, these results show that NO may be a good target to promote proliferation and migration of NSCs following seizures, but compromises survival of early-born cells.

Acute endotoxemia inhibits microvascular nitric oxide-dependent vasodilation in humans.

Nitric oxide (NO) is crucial for the microvascular homeostasis, but its role played in the microvascular alterations during sepsis remains controversial. We investigated NO-dependent vasodilation in the skin microcirculation and plasma levels of asymmetric dimethylarginine (ADMA), a potent endogenous inhibitor of the NO synthases, in a human model of sepsis. In this double-blind, randomized, crossover study, microvascular NO-dependent (local thermal hyperemia) and NO-independent vasodilation (post-occlusive reactive hyperemia) assessed by laser Doppler imaging, plasma levels of ADMA, and l-arginine were measured in seven healthy obese volunteers, immediately before and 4 h after either a i.v. bolus injection of Escherichia coli endotoxin (LPS; 2 ng/kg) or normal saline (placebo) on two different visits at least 2 weeks apart. LPS caused the expected systemic effects, including increases in heart rate (+43%, P < 0.001), cardiac output (+16%, P < 0.01), and rectal temperature (+1.4°C, P < 0.001), without change in arterial blood pressure. LPS affected neither baseline skin blood flow nor post-occlusive reactive hyperemia but decreased the NO-dependent local thermal hyperemia response, l-arginine, and, to a lesser extent, ADMA plasma levels. The changes in NO-dependent vasodilation were not correlated with the corresponding changes in the plasma levels of ADMA, l-arginine, or the l-arginine/ADMA ratio. Our results show for the first time that experimental endotoxemia in humans causes a specific decrease in endothelial NO-dependent vasodilation in the microcirculation, which cannot be explained by a change in ADMA levels. Microvascular NO deficiency might be responsible for the heterogeneity of tissue perfusion observed in sepsis and could be a therapeutic target.

Insulin resistance, hyperlipidemia, and hypertension in mice lacking endothelial nitric oxide synthase.

BACKGROUND: Insulin resistance and arterial hypertension are related, but the underlying mechanism is unknown. Endothelial nitric oxide synthase (eNOS) is expressed in skeletal muscle, where it may govern metabolic processes, and in the vascular endothelium, where it regulates arterial pressure. METHODS AND RESULTS: To study the role of eNOS in the control of the metabolic action of insulin, we assessed insulin sensitivity in conscious mice with disruption of the gene encoding for eNOS. eNOS(-/-) mice were hypertensive and had fasting hyperinsulinemia, hyperlipidemia, and a 40% lower insulin-stimulated glucose uptake than control mice. Insulin resistance in eNOS(-/-) mice was related specifically to impaired NO synthesis, because in equally hypertensive 1-kidney/1-clip mice (a model of renovascular hypertension), insulin-stimulated glucose uptake was normal. CONCLUSIONS: These results indicate that eNOS is important for the control not only of arterial pressure but also of glucose and lipid homeostasis. A single gene defect, eNOS deficiency, may represent the link between metabolic and cardiovascular disease.

Endothelin-1 in osteoarthritic chondrocytes triggers nitric oxide production and upregulates collagenase production

Affiliation: Florina Moldovan: Faculté de médecine dentaire, Université de Montréal & CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Christina Alexandra Manacu, Marjolaine Roy-Beaudry, Fazool Shipkolye : CHU Hôpital Sainte-Justine, Université de Montréal. Johanne Martel-Pelletier & Jean-Pierre Pelletier : CHUM Hôpital Notre-Dame, Université de Montréal.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Limited capacity for ammonia removal by brain in chronic liver failure: potential role of nitric oxide.

Chronic liver failure leads to hyperammonemia and consequently increased brain ammonia concentrations, resulting in hepatic encephalopathy. When the liver fails to regulate ammonia concentrations, the brain, devoid of a urea cycle, relies solely on the amidation of glutamate to glutamine through glutamine synthetase, to efficiently clear ammonia. Surprisingly, under hyperammonemic conditions, the brain is not capable of increasing its capacity to remove ammonia, which even decreases in some regions of the brain. This non-induction of glutamine synthetase in astrocytes could result from possible limiting substrates or cofactors for the enzyme, or an indirect effect of ammonia on glutamine synthetase expression. In addition, there is evidence that nitration of the enzyme resulting from exposure to nitric oxide could also be implicated. The present review summarizes these possible factors involved in limiting the increase in capacity of glutamine synthetase in brain, in chronic liver failure.

The involvement of nitric oxide in bovine follicular development and ovulation

Comprendre les événements paracriniens qui régulent la fertilité chez la vache est nécessaire non seulement en raison de l'importance agricole de cette espèce, mais aussi pour son utilisation potentielle comme modèle chez l’humain. L'oxyde nitrique (NO), un gaz de radicaux libres, a été impliqué dans la croissance folliculaire et l'ovulation chez les rongeurs et d'autres espèces, mais chez la vache c’est une énigme fascinante : le NO est produit par les cellules de la granulosa bovine et est régulé par la FSH, mais la présence et le profil d'expression des enzymes responsables de la synthèse de NO (NOS) dans les cellules de la granulosa tout au long de la croissance folliculaire ne sont pas claires. Les objectifs de cette thèse sont: (1) élucider le mécanisme de contrôle des NOS et les conséquences de la production d'oxyde nitrique pour le fonctionnement des cellules de la granulosa au cours du développement folliculaire chez la vache et (2) déterminer la régulation des NOS pendant la cascade ovulatoire induite par LH chez les cellules de la granulosa bovine et si l'activité des NOS pour l’expression des gènes critiques dans la cascade ovulatoire chez cette espèce. Les résultats sont séparés en 2 articles. Dans le premier article, la régulation de NOS2 dans les cellules de la granulosa bovine a été explorée. L'abondance des ARNm codant pour NOS2 a été stimulée par la FSH et l’IGF1 en augmentant l’estradiol, et un blocage de l'action de l’estradiol a conséquemment réduit les niveaux d'ARNm codant pour NOS2. De plus, l'inhibition de l'activité des NOS a augmenté l'apoptose dans les cellules de la granulosa in vitro. Dans le second article, il a été démontré que le pic de LH induit une activation des NOS dans les cellules de la granulosa, et que l'activité de NOS induit la production de NO, ce qui est essentiel pour l’expression des gènes critiques dans la cascade ovulatoire induite par LH comme EREG/AREG/PTGS2. Ensemble, les résultats présentés dans ces 2 articles suggèrent que les niveaux physiologiques d'activité des NOS peuvent contribuer à la croissance et la survie des cellules de la granulosa et indiquent également que NO peut être essentiel pour l'ovulation chez les bovins.

Selective inhibition of inducible nitric oxide synthase prevents lipid peroxidation in cartilage from patients with osteoarthritis.

INTRODUCTION: Emerging evidence indicates that nitric oxide (NO), which is increased in osteoarthritic (OA) cartilage, plays a role in 4-hydroxynonenal (HNE) generation through peroxynitrite formation. HNE is considered as the most reactive product of lipid peroxidation (LPO). We have previously reported that HNE levels in synovial fluids are more elevated in knees of OA patients compared to healthy individuals. We also demonstrated that HNE induces a panoply of inflammatory and catabolic mediators known for their implication in OA cartilage degradation. The aim of the present study was to investigate the ability of inducible NO synthase (iNOS) inhibitor, L-NIL (L-N6-(L-Iminoethyl)Lysine), to prevent HNE generation through NO inhibition in human OA chondrocytes. METHOD: Cells and cartilage explants were treated with or without either an NO generator (SIN or interleukin 1beta (IL-1β)) or HNE in absence or presence of L-NIL. Protein expression of both iNOS and free-radical-generating NOX subunit p47 (phox) were investigated by western blot. iNOS mRNA detection was measured by real-time RT-PCR. HNE production was analysed by ELISA, Western blot and immunohistochemistry. S-nitrosylated proteins were evaluated by Western Blot. Prostaglandin E2 (PGE2) and metalloproteinase 13 (MMP-13) levels as well as glutathione S-transferase (GST) activity were each assessed with commercial kits. NO release was determined using improved Griess method. Reactive oxygen species (ROS) generation was revealed using fluorescent microscopy with the use of commercial kits. RESULTS: L-NIL prevented IL-1β-induced NO release, iNOS expression at protein and mRNA levels, S-nitrosylated proteins and HNE in a dose dependent manner after 24h of incubation. Interestingly, we revealed that L-NIL abolished IL-1β-induced NOX component p47phox as well as ROS release. The HNE-induced PGE2 release and both cyclooxygenase-2 (COX-2) and MMP-13 expression were significantly reduced by L-NIL addition. Furthermore, L-NIL blocked the IL-1β induced inactivation of GST, an HNE-metabolizing enzyme. Also, L-NIL prevented HNE induced cell death at cytotoxic levels. CONCLUSION: Altogether, our findings support a beneficial effect of L-NIL in OA by preventing LPO process in NO-dependent and/or independent mechanisms.

The effects of noise exposure on nitric oxide synthase knockout mice

This paper studies the role of nitric oxide (NOS 1, NOS 2, and NOS 3 genes) in the mouse cochlea and in noise-induced hearing loss (NIHL). Mice genetically deficient of the NOS 2 and NOS 3 genes were protected from NIHL, indicating that one or both of these genes may be responsible for producing nitric oxide that damages the inner ear when exposed to harmful levels of noise.

Biogenic nitric oxide emissions from soils: impact on NOx and ozone over West Africa during AMMA (African Monsoon Multidisciplinary Analysis) - observational study

Chemical and meteorological parameters measured on board the Facility for Airborne Atmospheric Measurements (FAAM) BAe 146 Atmospheric Research Aircraft during the African Monsoon Multidisciplinary Analysis (AMMA) campaign are presented to show the impact of NOx emissions from recently wetted soils in West Africa. NO emissions from soils have been previously observed in many geographical areas with different types of soil/vegetation cover during small scale studies and have been inferred at large scales from satellite measurements of NOx. This study is the first dedicated to showing the emissions of NOx at an intermediate scale between local surface sites and continental satellite measurements. The measurements reveal pronounced mesoscale variations in NOx concentrations closely linked to spatial patterns of antecedent rainfall. Fluxes required to maintain the NOx concentrations observed by the BAe-146 in a number of cases studies and for a range of assumed OH concentrations (1×106 to 1×107 molecules cm−3) are calculated to be in the range 8.4 to 36.1 ng N m−2 s−1. These values are comparable to the range of fluxes from 0.5 to 28 ng N m−2 s−1 reported from small scale field studies in a variety of non-nutrient rich tropical and sub-tropical locations reported in the review of Davidson and Kingerlee (1997). The fluxes calculated in the present study have been scaled up to cover the area of the Sahel bounded by 10 to 20 N and 10 E to 20 W giving an estimated emission of 0.03 to 0.30 Tg N from this area for July and August 2006. The observed chemical data also suggest that the NOx emitted from soils is taking part in ozone formation as ozone concentrations exhibit similar fine scale structure to the NOx, with enhancements over the wet soils. Such variability can not be explained on the basis of transport from other areas. Delon et al. (2008) is a companion paper to this one which models the impact of soil NOx emissions on the NOx and ozone concentration over West Africa during AMMA. It employs an artificial neural network to define the emissions of NOx from soils, integrated into a coupled chemistry-dynamics model. The results are compared to the observed data presented in this paper. Here we compare fluxes deduced from the observed data with the model-derived values from Delon et al. (2008).