The use of genes for performance enhancement: doping or therapy?

Recent biotechnological advances have permitted the manipulation of genetic sequences to treat several diseases in a process called gene therapy. However, the advance of gene therapy has opened the door to the possibility of using genetic manipulation (GM) to enhance athletic performance. In such ‘gene doping’, exogenous genetic sequences are inserted into a specific tissue, altering cellular gene activity or leading to the expression of a protein product. The exogenous genes most likely to be utilized for gene doping include erythropoietin (EPO), vascular endothelial growth factor (VEGF), insulin-like growth factor type 1 (IGF-1), myostatin antagonists, and endorphin. However, many other genes could also be used, such as those involved in glucose metabolic pathways. Because gene doping would be very difficult to detect, it is inherently very attractive for those involved in sports who are prepared to cheat. Moreover, the field of gene therapy is constantly and rapidly progressing, and this is likely to generate many new possibilities for gene doping. Thus, as part of the general fight against all forms of doping, it will be necessary to develop and continually improve means of detecting exogenous gene sequences (or their products) in athletes. Nevertheless, some bioethicists have argued for a liberal approach to gene doping.

Resistance exercise improves hippocampus-dependent memory

It has been demonstrated that resistance exercise improves cognitive functions in humans. Thus, an animal model that mimics this phenomenon can be an important tool for studying the underlying neurophysiological mechanisms. Here, we tested if an animal model for resistance exercise was able to improve the performance in a hippocampus-dependent memory task. In addition, we also evaluated the level of insulin-like growth factor 1/insulin growth factor receptor (IGF-1/IGF-1R), which plays pleiotropic roles in the nervous system. Adult male Wistar rats were divided into three groups (N = 10 for each group): control, SHAM, and resistance exercise (RES). The RES group was submitted to 8 weeks of progressive resistance exercise in a vertical ladder apparatus, while the SHAM group was left in the same apparatus without exercising. Analysis of a cross-sectional area of the flexor digitorum longus muscle indicated that this training period was sufficient to cause muscle fiber hypertrophy. In a step-through passive avoidance task (PA), the RES group presented a longer latency than the other groups on the test day. We also observed an increase of 43 and 94% for systemic and hippocampal IGF-1 concentration, respectively, in the RES group compared to the others. A positive correlation was established between PA performance and systemic IGF-1 (r = 0.46, P < 0.05). Taken together, our data indicate that resistance exercise improves the hippocampus-dependent memory task with a concomitant increase of IGF-1 level in the rat model. This model can be further explored to better understand the effects of resistance exercise on brain functions.

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

La régulation du gène CYP19A1 dans les cellules de granulosa bovine in vitro

L’oestradiol joue un rôle important dans la reproduction en général, particulièrement dans la croissance folliculaire chez la vache. La production de l’œstradiol nécessite l’expression du gène CYP19A1 suite à la stimulation des cellules de granulosa par l’hormone folliculostimulante (FSH) ou le facteur de croissance insulinique de type 1 (IGF-1). Chez la vache, il existe six promoteurs (1.1 ; 1.2 ; 1.3 ; 1.4 ; 1.5 et 2) qui dirigent la transcription du gène CYP19A1 dans les cellules de la granulosa. Le principal promoteur qui dirige la transcription au niveau de l’ovaire (cellules de granulosa) est le promoteur 2 (P2). Cependant, l’effet de la FSH et de l’IGF-1 sur l’activation de ces promoteurs d’aromatase demeure mal connu. De plus, la demi-vie du transcrit CYP19A1 est très courte avec une région 3’UTR relativement longue. L’analyse de la séquence 3’UTR montre la présence des motifs ARE (séquence riche en AU), des études antérieur montrent que ces séquences impliquent dans la régulation de la stabilité ou la dégradation de l’ARNm, ce qui est fort probable que la courte demi-vie de l’ARNm CYP19A1 est sous le contrôle post-transcriptionel. L’objectif de la thèse visait à étudier la régulation de l’expression du gène CYP19A1 chez la vache. Il y a deux thèmes soit étude de la régulation transcriptionnelle ciblant le promoteur et soit étude de la régulation post-transcriptionnelle impliquant la région 3’non traduite (3’UTR). Le premier objectif vise à étudier la régulation transcriptionnelle du gène CYP19A1. Nous avons étudié l'activité du promoteur ovarien bovin dans deux modèles de cellules de la granulosa, les cellules lutéinisées et nonlutéinisées in vitro, suite à une stimulation des cellules par la FSH ou IGF-1. Nous avons également évalué la voie de signalisation impliquée dans la régulation des différents promoteurs en utilisant un RT-PCR et un gène rapporteur (les différents promoteurs d’aromatase ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en amont du gène exprimant la luciférase). Les résultats de RT-PCR démontrent que la FSH et l’IGF-1 augmentent les concentrations d’ARNm provenant des deux promoteurs 2 et 1.1 dans les cellules de la granulosa non lutéinisées. Des expériences subséquentes ont montré que la FSH stimule le promoteur 2 via la voie PKA tandis que l'IGF-1 stimule le promoteur 2 via la voie PKC. La FSH et l’IGF-1 stimulent l’expression du promoteur 1.1 via la voie PI3K. L’analyse de l’activité luciférase démontre que dans les cellules de granulosa lutéinisées, la FSH stimule le promoteur 1.1 de façon dose dépendante et ne semble y avoir aucun effet significatif sur le promoteur 2. Nous avons donc comparé l’activité du promoteur PII/P2 humain, du rat, de la chèvre et de la vache dans les cellules de granulosa bovine lutéinisées. Le résultat le plus significatif est que le promoteur 2 bovine (et caprine) dépend de plusieurs facteurs de transcription (NR5A2, FOXL2) comparé au promoteur PII humain et celui du promoteur proximal du rat qui dépendent principalement de l'AMPc. En effet, nos résultats ont démontré une expression raisonnablement robuste du P2 bovine lorsque les cellules sont traitées à la forskoline, NR5A2 et FOXL2. Le facteur FOXL2 semble déterminer l'activité du promoteur 2 chez le ruminant. Le deuxième objectif vise à étudier la régulation post-transcriptionnelle du gène CYP19A1. Pour ce faire, nous avons déterminé la séquence minimale de l'ARNm CYP19A1 requise pour la régulation de sa demi-vie. Différents séquences de la région 3’UTR ont été insérés dans le vecteur pGL3promoter en aval du gène exprimant la luciférase ou soit dans le vecteur pGEMTeasy. Le vecteur pGL3promoter a été transfecté dans les cellules de granulosa lutéinisées pour évaluer l'impact de la séquence 3'UTR sur l'expression du gène rapporteur de la luciférase, alors que le vecteur pGEMTeasy a été utilisé pour la transcription in vitro afin de générer de l’ARNm. Ce dernier sera utilisé en réaction croisée au UV avec des extraits protéiques pour démontrer l’association du complexe ARNm/protéine. L’analyse de l’activité luciférase a permis d’identifier une séquence de 200 pb située entre 926 et 1134 pb de la région 3'UTR de l’ARNm CYP19A1 qui a réduit significativement l’activité de la luciférase. Selon les analyses de la réaction croisée au UV, une ou plusieurs protéines de 66 et 80 kDA se lient spécifiquement à la séquence de 200 pb qui réduit l’activité de luciférase. Cette protéine s'exprime dans les cellules de granulosa, mais n’a pas été détectée dans d'autres tissus comme le foie et le cœur. Par ailleurs, l’utilisation du gène rapporteur sensible à la FSH a suscité l’intérêt d'une compagnie pharmaceutique qui vend de l’equine chorionic gonadotropin (eCG) pour lui permettre de distinguer facilement l’eCG ayant une forte activité FSH et donc, avoir un produit commercial plus efficace et de meilleure qualité. Dans cette étude, nous avons développé un système de bioessai à la FSH basé sur la transfection des cellules avec un récepteur à la FSH et un gène rapporteur colorimètrique qui permet d’estimer l’activité de la FSH dans le sérum de la jument et qui pourrait être applicable au niveau de la ferme/industrie.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

Lymphoid organ cell culture system from Penaeus monodon (Fabricius) as a platform for white spot syndrome virus and shrimp immune-related gene expression

Shrimp cell lines are yet to be reported and this restricts the prospects of investigating the associated viral pathogens, especially white spot syndrome virus (WSSV). In this context, development of primary cell cultures from lymphoid organs was standardized. Poly-l-lysine-coated culture vessels enhanced growth of lymphoid cells, while the application of vertebrate growth factors did not, except insulin-like growth factor-1 (IGF-1). Susceptibility of the lymphoid cells to WSSV was confirmed by immunofluoresence assay using monoclonal antibody against the 28 kDa envelope protein of WSSV. Expression of viral and immunerelated genes in WSSV-infected lymphoid cultures could be demonstrated by RT-PCR. This emphasizes the utility of lymphoid primary cell culture as a platform for research in virus–cell interaction, virus morphogenesis, up and downregulation of shrimp immune-related genes, and also for the discovery of novel drugs to combat WSSV in shrimp culture

Adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation during diabetogenesis: Effect of curcumin and vitamin D3 pre-treatment

In the present study, the initial phase was directed to confirm the effects of curcumin and vitamin D3 in preventing or delaying diabetes onset by studying the blood glucose and insulin levels in the pre-treated and diabetic groups. Behavioural studies were conducted to evaluate the cognitive and motor function in experimental rats. The major focus of the study was to understand the cellular and neuronal mechanisms that ensure the prophylactic capability of curcumin and vitamin D3. To elucidate the mechanisms involved in conferring the antidiabetogenesis effect, we examined the DNA and protein profiles using radioactive incorporation studies for DNA synthesis, DNA methylation and protein synthesis. Furthermore the gene expression studies of Akt-1, Pax, Pdx-1, Neuro D1, insulin like growth factor-1 and NF-κB were done to monitor pancreatic beta cell proliferation and differentiation. The antioxidant and antiapoptotic actions of curcumin and vitamin D3 were examined by studying the expression of antioxidant enzymes - SOD and GPx, and apoptotic mediators like Bax, caspase 3, caspase 8 and TNF-α. In order to understand the signalling pathways involved in curcumin and vitamin D3 action, the second messengers, cAMP, cGMP and IP3 were studied along with the expression of vitamin D receptor in the pancreas. The neuronal regulation of pancreatic beta cell maintenance, proliferation and insulin release was studied by assessing the adrenergic and muscarinic receptor functional regulation in the pancreas, brain stem, hippocampus and hypothalamus. The receptor number and binding affinity of total muscarinic, muscarinic M1, muscarinic M3, total adrenergic, α adrenergic and β adrenergic receptor subtypes were studied in pancreas, brain stem and hippocampus of experimental rats. The mRNA expression of muscarinic and adrenergic receptor subtypes were determined using Real Time PCR. Immunohistochemistry studies using confocal microscope were carried out to confirm receptor density and gene expression results. Cell signalling alterations in the pancreas and brain regions associated with diabetogenesis and antidiabetogenesis were assessed by examining the gene expression profiles of vitamin D receptor, CREB, phospholipase C, insulin receptor and GLUT. This study will establish the anti-diabetogenesis activity of curcumin and vitamin D3 pre-treatment and will attempt to understand the cellular, molecular and neuronal control mechanism in the onset of diabetes.Administration of MLD-STZ to curcumin and vitamin D3 pre-treated rats induced only an incidental prediabetic condition. Curcumin and vitamin D3 pretreated groups injected with MLD-STZ exhibited improved circulating insulin levels and behavioural responses when compared to MLD-STZ induced diabetic group. Activation of beta cell compensatory response induces an increase in pancreatic insulin output and beta cell mass expansion in the pre-treated group. Cell signalling proteins that regulate pancreatic beta cell survival, insulin release, proliferation and differentiation showed a significant increase in curcumin and vitamin D3 pre-treated rats. Marked decline in α2 adrenergic receptor function in pancreas helps to relent sympathetic inhibition of insulin release. Neuronal stimulation of hyperglycemia induced beta cell compensatory response is mediated by escalated signalling through β adrenergic, muscarinic M1 and M3 receptors. Pre-treatment mediated functional regulation of adrenergic and cholinergic receptors, key cell signalling proteins and second messengers improves pancreatic glucose sensing, insulin gene expression, insulin secretion, cell survival and beta cell mass expansion in pancreas. Curcumin and vitamin D3 pre-treatment induced modulation of adrenergic and cholinergic signalling in brain stem, hippocampus and hypothalamus promotes insulin secretion, beta cell compensatory response, insulin sensitivity and energy balance to resist diabetogenesis. Pre-treatment improved second messenger levels and the gene expression of intracellular signalling molecules in brain stem, hippocampus and hypothalamus, to retain a functional neuronal response to hyperglycemia. Curcumin and vitamin D3 protect pancreas and brain regions from oxidative stress by their indigenous antioxidant properties and by their ability to stimulate cellular free radical defence system. The present study demonstrates the role of adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation in curcumin and vitamin D3 mediated anti-diabetogenesis. This will have immense clinical significance in developing effective strategies to delay or prevent the onset of diabetes.

Relationship between milk consumption and prostate cancer: a short review

Epidemiological evidence based on both case–control and prospective cohort studies points to an overall positive relationship between consumption of milk/dairy products and the risk of developing prostate cancer. There are inconsistencies in the data, but taken together, the increased relative risk does not seem to be high. A number of mechanisms have been proposed to account for the relationship, with most attention being focused on the involvement of calcium/vitamin D, insulin-like growth factor-1 and oestrogens, although it is unlikely that a single factor in milk is implicated. In any event, any added risk of prostate cancer from increased milk consumption has to be set alongside other evidence, which shows that increased milk consumption can provide substantially reduced risk of coronary heart disease, stroke and colorectal cancer, particularly because cardiovascular disease accounts for vastly more deaths than prostate cancer (although the latter is of course restricted to men).

Performance and hormonal profile in broiler chickens fed with different energy levels during post restriction period

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

MUSCLE MASS GAIN AFTER RESISTANCE TRAINING IS INVERSELY CORRELATED WITH TRUNK ADIPOSITY GAIN IN POSTMENOPAUSAL WOMEN

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Periacinar Retraction Clefting in Nonneoplastic and Neoplastic Prostatic Glands: Artifact or Molecular Involvement

A space between neoplastic acini and prostatic stroma is not rare and studies have interpreted this as an artifact, considering the absence of endothelial cells indicating vascular invasion. Thus, the aims of this work were to characterize and correlate the occurrence and extent of retraction clefting with the reactivities of alpha and beta dystroglycan (alpha DG, beta DG), laminin, matrix metalloproteinase 2 (MMP-2), p63, insulin-like growth factor 1(IGF-1), vimentin, and fibroblast growth factor 2 (FGF-2). The study was based on nonneoplastic and neoplastic prostatic tissues obtained from necropsies and retropubic radical prostatectomies. The results showed that periacinar retraction clefting was significantly more frequent in prostatic carcinoma samples than in normal prostatic acini. Most of the neoplastic acini (72.0%) showed retraction clefting of more than 50% of circumference, which were significantly more frequent in Gleason score 7 and 6. Decreased collagen and reticular and elastic fibers were verified in the stroma around neoplastic acini. Weak and discontinuous alpha DG, beta DG, and laminin immunoreactivities and intensified MMP-2, vimentin, IGF-1 and FGF-2 immunoreactivities were verified in the neoplastic acini; p63 immunoreactivity was negative in all carcinomas. Thus, these findings showed that the lack of epithelial basal cells, DGs, and laminin and increased MMP-2, IGF-1, and FGF-7 could be considered important pathways in periacinar retraction occurrence. This study demonstrated the origin of and the biological mechanisms responsible for periacinar retraction clefting in prostatic carcinoma.

Evaluating the links between intake of milk/dairy products and cancer

Milk and dairy products are widely recommended as part of a healthy diet. These products, however, can contain hormones such as insulin-like growth factor 1, and some studies have suggested that a high intake of milk and dairy products may increase the risk of cancer. This review examines recent studies on this topic, with the evidence suggesting that the recommended intake of milk and dairy products (3 servings/day) is safe and, importantly, does not seem to increase the risk of cancer. on the basis of the studies included in this review, cultured milk, yogurt, and low-fat dairy products should be preferred as the milk and dairy products of choice.

GH overexpression causes muscle hypertrophy independent from local IGF-I in a zebrafish transgenic model

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

QTL affecting body weight in a candidate region of cattle chromosome 5

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Associated and independent comparisons between the two largest follicles preceding follicle deviation in cattle

Follicle diameters and concentrations of follicular fluid factors were studied in the two largest follicles (F1 and F2) using F1 diameters in increments of 0.2 mm (equivalent to 4 h intervals) and extending from 7.4 to 8.4 mm (12 heifers in each of 6 groups). Changes were compared between follicles using the F2 associated with each F1-diameter group. Diameter deviation began in the 8.2-mm group as indicated by a greater (P < 0.05) diameter difference between F1 and F2 in the 8.4-mm group than in the 8.2-mm group. In the 8.0-mm group, estradiol concentrations began to increase (P < 0.05) differentially in F1 versus F2, and free insulin-like growth factor-1 (IGF-1) began to decrease differentially in F2 (P < 0.06). Combined for F1 and the associated F2, activin-A concentrations increased (P < 0.05) between the 7.6- and 8.2-mm groups and then decreased (P < 0.05). Results supported the hypothesis that estradiol and free IGF-1 concentrations simultaneously become higher in F1 than in the associated F2 by the beginning of diameter deviation. Results did not support the hypothesis that a transient elevation in activin-A is present in F1 but not in the associated F2 at the beginning of the estradiol and IGF-1 changes; instead, a mean transient elevation in activin-A occurred at this time only when data for the two follicles were combined. Comparisons between F1 and F2 also were made by independently grouping F2 and using diameter groups at 0.2-mm increments for F2 as well as for F1. In the diameter groups common to F1 and F2 (7.4, 7.6, 7.8, and 8.0 mm) there was a group effect (P < 0.003) for estradiol involving an increase (P < 0.05) beginning at the 7.6-mm group averaged over F1 and F2. For free IGF-1 concentrations, a fluctuation (a significant increase followed by a significant decrease) occurred independently in F1 between the 7.4-to 7.8-mm groups and independently in F2 between the 7.0- to 7.4-mm groups.