Actin cytoskeleton regulates pollen tube growth and tropism

La fertilisation chez les plantes dépend de la livraison des cellules spermatiques contenues dans le pollen à l’ovule. Au contact du stigmate, le grain de pollen s’hydrate et forme une protubérance, le tube pollinique, chargé de livrer les noyaux spermatiques à l’ovule. Le tube pollinique est une cellule à croissance rapide, anisotrope et non autotrophe; ainsi tout au long de sa croissance à travers l’apoplaste du tissu pistillaire, le tube pollinique puise ses sources de carbohydrates et de minéraux du pistil. Ces éléments servent à la synthèse des constituants de la paroi qui seront acheminés par des vésicules de sécrétion jusqu’à l’apex du tube. Ce dernier doit aussi résister à des pressions mécaniques pour maintenir sa forme cylindrique et doit répondre à différents signaux directionnels pour pouvoir atteindre l’ovule. Mon projet de doctorat était de comprendre le rôle du cytosquelette dans la croissance anisotrope du tube pollinique et d’identifier les éléments responsables de sa croissance et de son guidage. Le cytosquelette du tube pollinique est composé des microfilaments d’actine et des microtubules. Pour assurer une bonne croissance des tubes polliniques in vitro, les carbohydrates et les éléments de croissance doivent être ajoutés au milieu à des concentrations bien spécifiques. J’ai donc optimisé les conditions de croissance du pollen d’Arabidopsis thaliana et de Camellia japonica qui ont été utilisés avec le pollen de Lilium longiflorum comme modèles pour mes expériences. J’ai développé une méthode rapide et efficace de fixation et de marquage du tube pollinique basée sur la technologie des microondes. J’ai aussi utilisé des outils pharmacologiques, mécaniques et moléculaires couplés à différentes techniques de microscopie pour comprendre le rôle du cytosquelette d’actine lors de la croissance et le tropisme du tube pollinique. J’ai trouvé que le cytosquelette d’actine et plus précisément l’anneau d’actine localisé dans la partie sub-apicale du tube est fortement impliqué dans la croissance et le maintien de l’architecture du tube à travers le contrôle de la livraison des vésicules de sécrétion. J’ai construit une chambre galvanotropique qui peut être montée sur un microscope inversé et qui sert à envoyer des signaux tropistiques bien précis à des tubes polliniques en croissance. J’ai trouvé que les filaments d’actine sont impliqués dans la capacité du tube pollinique à changer de direction. Ce comportement tropistique dépend de la concentration du calcium dans le milieu de croissance et du flux de calcium à travers des canaux calciques. Le gradient de calcium établi dans le tube pollinique affecte l’activité de certaines protéines qui se lient à l’actine et dont le rôle est la réorganisation des filaments d’actine. Parmi ces protéines, il y a celles de dépolymérisation de l’actine (ADF) dont deux spécifiquement exprimées dans le gamétophyte mâle d’Arabidopsis (ADF7 et ADF10). Par marquage avec des proteins fluorescents, j’ai trouvé que l’ADF7 et l’ADF10 ont des expressions différentielles pendant la microsporogenèse et la germination et croissance du tube pollinique et qu’elles partagent entre elles des rôles importants durant ces différents stades.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Modulation de l’adressage membranaire et de la fonction du canal CaV2.3 par les résidus leucine du domaine guanylate kinase impliqués dans la liaison à forte affinité de CaVβ

Les canaux Ca2+ activés par le voltage (CaV) sont des protéines membranaires qui génèrent des courants Ca2+ dans les cellules excitables suite à une dépolarisation membranaire. Ces complexes oligomériques sont classifiés selon les propriétés structurelles de la sous-unité principale qui forme le pore du canal, soit la sous-unité CaVα1. La sous-unité auxiliaire CaVβ module l’expression membranaire et la dépendance au voltage du « gating » de la sous-unité CaVα1 des canaux HVA (« high-voltage-activated ») CaV1 et CaV2. La sous-unité CaVβ est formée par un domaine SH3 (« Src homology-3 ») connecté à un domaine GK (« guanylate kinase-like ») par le biais d’un domaine variable HOOK. Dans le but d’identifier les résidus dans la CaVβ3 qui sont responsables de la densité membranaire du CaV2.3, nous avons produit des mutants de la sous-unité auxiliaire le long de ses domaines fonctionnels. Cela dit, la délétion complète du domaine SH3 ainsi que la délétion du domaine HOOK n’ont pas modifié la densité membranaire de CaV2.3 ni ses propriétés d’activation. Cependant, la délétion de cinq résidus dans le domaine GK interrompt l’expression membranaire et l’expression fonctionnelle de CaV2.3. La mutation de résidus identifiés précédemment comme soutenant une affinité de liaison de l’ordre du nanomolaire dans le domaine GK de CaVβ n’a pas modifié de manière significative l’adressage membranaire de CaV2.3. Toutefois, les mutations de quatre résidus leucine dans les régions α3, α6, β10 et α9 du domaine GK ont grandement réduit l’adressage membranaire du canal CaV2.3. Nos résultats confirment que le domaine GK contient les déterminants moléculaires responsables de la fonction chaperone de CaVβ. Cela dit, l’adressage membranaire induit par CaVβ semble être déterminé par des éléments structuraux qui ne sont pas strictement dépendants d’une liaison à haute affinité de CaVβ sur CaVα1.

Transmisión sináptica-canales de calcio y liberación de neurotransmisore

La comunicación neuronal en el sistema nervioso está mediada, en la gran mayoría de animales, por la transmisión sináptica química. Generalmente esta comunicación ocurre mediante la liberación de una sustancia transmisora en el terminal presináptico. Este transmisor sináptico se une a receptores postsinápticos y da lugar a una respuesta postsináptica en la célula blanco. La liberación del transmisor en la región presináptica, al parecer, es desencadenada por un aumento transitorio del calcio intracelular en el sitio de liberación. Este aumento se logra, principalmente, por la activación de canales de calcio dependientes de voltaje (VGCC), lo que da lugar a un ingreso de iones de calcio en el citosol presináptico, que desencadena la fusión de las vesículas sinápticas y la liberación del neurotransmisor. En este artículo se revisan las características moleculares y funcionales de los VGCC necesarias para la comprensión de alteraciones patológicas como las canalopatías y la transmisión sináptica anormal. Metodología: se consultaron las bases de datos Medline, Pubmed y los e-journals de la Biblioteca de la Universidad de Columbia, correspondientes a los años 1990 a 2004. Resultados: durante la última década se han logrado avances significativos en los aspectos moleculares y en la genética de los canales dependientes de voltaje. La integración de este conocimiento con la neurofisiología funcional y la neurología clínica apenas se está iniciando.

Inhibition of synaptic transmission and G protein modulation by synthetic CaV2.2 Ca2+ channel peptides

Abstract: Modulation of presynaptic voltage-dependent Ca+ channels is a major means of controlling neurotransmitter release. The CaV 2.2 Ca2+ channel subunit contains several inhibitory interaction sites for Gβγ subunits, including the amino terminal (NT) and I–II loop. The NT and I–II loop have also been proposed to undergo a G protein-gated inhibitory interaction, whilst the NT itself has also been proposed to suppress CaV 2 channel activity. Here, we investigate the effects of an amino terminal (CaV 2.2[45–55]) ‘NT peptide’ and a I–II loop alpha interaction domain (CaV 2.2[377–393]) ‘AID peptide’ on synaptic transmission, Ca2+ channel activity and G protein modulation in superior cervical ganglion neurones (SCGNs). Presynaptic injection of NT or AID peptide into SCGN synapses inhibited synaptic transmission and also attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. In isolated SCGNs, NT and AID peptides reduced whole-cell Ca2+ current amplitude, modified voltage dependence of Ca2+ channel activation and attenuated noradrenaline-induced G protein modulation. Co-application of NT and AID peptide negated inhibitory actions. Together, these data favour direct peptide interaction with presynaptic Ca2+ channels, with effects on current amplitude and gating representing likely mechanisms responsible for inhibition of synaptic transmission. Mutations to residues reported as determinants of Ca2+ channel function within the NT peptide negated inhibitory effects on synaptic transmission, Ca2+ current amplitude and gating and G protein modulation. A mutation within the proposed QXXER motif for G protein modulation did not abolish inhibitory effects of the AID peptide. This study suggests that the CaV 2.2 amino terminal and I–II loop contribute molecular determinants for Ca2+ channel function; the data favour a direct interaction of peptides with Ca2+ channels to inhibit synaptic transmission and attenuate G protein modulation. Non-technical summary: Nerve cells (neurones) in the body communicate with each other by releasing chemicals (neurotransmitters) which act on proteins called receptors. An important group of receptors (called G protein coupled receptors, GPCRs) regulate the release of neurotransmitters by an action on the ion channels that let calcium into the cell. Here, we show for the first time that small peptides based on specific regions of calcium ion channels involved in GPCR signalling can themselves inhibit nerve cell communication. We show that these peptides act directly on calcium channels to make them more difficult to open and thus reduce calcium influx into native neurones. These peptides also reduce GPCR-mediated signalling. This work is important in increasing our knowledge about modulation of the calcium ion channel protein; such knowledge may help in the development of drugs to prevent signalling in pathways such as those involved in pain perception.

Alpha-synuclein modulation of Ca2+ signaling in human neuroblastoma (SH-SY5Y) cells

Parkinson's disease (PD) is characterized in part by the presence of alpha-synuclein (alpha-syn) rich intracellular inclusions (Lewy bodies). Mutations and multiplication of the alpha-synuclein gene (SNCA) are associated with familial PD. Since Ca2+ dyshomeostasis may play an important role in the pathogenesis of PD, we used fluorimetry in fura-2 loaded SH-SY5Y cells to monitor Ca2+ homeostasis in cells stably transfected with either wild-type alpha-syn, the A53T mutant form, the S129D phosphomimetic mutant or with empty vector (which served as control). Voltage-gated Ca2+ influx evoked by exposure of cells to 50 mM K+ was enhanced in cells expressing all three forms of alpha-syn, an effect which was due specifically to increased Ca2+ entry via L-type Ca2+ channels. Mobilization of Ca2+ by muscarine was not strikingly modified by any of the alpha-syn forms, but they all reduced capacitative Ca2+ entry following store depletion caused either by muscarine or thapsigargin. Emptying of stores with cyclopiazonic acid caused similar rises of [Ca2+](i) in all cells tested (with the exception of the S129D mutant), and mitochondrial Ca2+ content was unaffected by any form of alpha-synuclein. However, only WT alpha-syn transfected cells displayed significantly impaired viability. Our findings suggest that alpha-syn regulates Ca2+ entry pathways and, consequently, that abnormal alpha-syn levels may promote neuronal damage through dysregulation of Ca2+ homeostasis.

Use of synthetic CaV2.2 Ca2+ channel peptides to study presynaptic function

Small, synthetic peptides based on specific regions of voltage-gated Ca2+ channels (VGCCs) have been widely used to study Ca2+ channel function and have been instrumental in confirming the contribution of specific amino acid sequences to interactions with putative binding partners. In particular, peptides based on the Ca2+ channel Alpha Interaction Domain (AID) on the intracellular region connecting domains I and II (the I-II loop) and the SYNaptic PRotein INTerction (synprint) site on the II-III loop have been widely used. Emerging evidence suggests that such peptides may themselves possess inherent functionality, a property that may be exploitable for future drug design. Here, we review our recent work using synthetic Ca2+ channel peptides based on sequences within the CaV2.2 amino terminal and I-II loop, originally identified as molecular determinates for G protein modulation, and their effects on VGCC function. These CaV2.2 peptides act as inhibitory modules to decrease Ca2+ influx with direct effects on VGCC gating, ultimately leading to a reduction of synaptic transmission. CaV2.2 peptides also attenuate G protein modulation of VGCCs. Amino acid substitutions generate CaV2.2 peptides with increased or decreased inhibitory effects suggesting that synthetic peptides can be used to further probe VGCC function and, potentially, form the basis for novel therapeutic development.

Organophosphorus-induced delayed neuropathy: A simple and efficient therapeutic strategy

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

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.

Influência de prolongados períodos de obesidade sobre a expressão gênica miocárdica

FUNDAMENTO: Vários autores mostraram que a deterioração da função cardíaca associa-se com o grau e a duração da obesidade. Os padrões de expressão gênica após longos períodos de obesidade precisam ser estabelecidos. OBJETIVO: Este estudo testou a hipótese de que a exposição prolongada à obesidade leva à redução nos níveis de RNAm de proteínas envolvidas na homeostase do Ca2+ miocárdico. Além disso, este estudo avaliou se uma diminuição no hormônio tireoidiano causava redução na expressão de RNAm. MÉTODOS: Ratos Wistar machos de 30 dias de idade foram distribuídos em dois grupos: controle (C) e obeso (Ob). O grupo C recebeu uma dieta padrão e o grupo Ob recebeu dietas hiperlipídicas por 15, 30 e 45 semanas. A obesidade foi definida pelo índice de adiposidade. A expressão gênica foi avaliada por PCR em tempo real quantitativa. RESULTADOS: O índice de adiposidade foi maior no grupo Ob do que no C em todas as etapas. Enquanto a obesidade nas semanas 15 e 45 determinou uma redução no RNAm de Ca2+-ATPase do retículo sarcoplasmático (SERCA2a), trocador Na+/Ca2+ (NCX) e calsequestrina (CSQ), observou-se aumento da expressão do RNAm de canal de Ca2+ do tipo L, receptor de rianodina, SERCA2a, fosfolamban (PLB), NCX e CSQ após a semana 30, em comparação ao grupo C. Não houve associação significativa entre os níveis de T3 e a expressão de RNAm. CONCLUSÕES: Nossos dados indicam que a obesidade por curtos ou longos períodos de tempo pode promover alteração na expressão gênica de proteínas reguladoras da homeostase do Ca2+ sem influência do hormônio tireoidiano

Solução cardioplégica polarizante: estado da arte

A exegese do termo cardioplegia remete aos significados de lesão, golpe, ataque ou ferimento, bem diferente, portanto, do sentido em que o termo é empregado na maior parte dos centros de cirurgia cardíaca do Brasil e do mundo, ou seja, como correspondendo à proteção miocárdica. Daí a melhor denominação de solução cardioplégica, para caracterizar as soluções empregadas com finalidade de promover a parada cardíaca controlada do coração. A parada cardíaca induzida por solução cardioplégica pode acontecer por hiperpolarização, despolarização ou com bloqueadores da bomba de cálcio. No presente trabalho, discorreremos sobre os principais agentes que promovem a parada cardíaca por hiperpolarização da membrana miocárdica. Com a solução hiperpolarizante, o coração pára no período diastólico, havendo uma redução ainda maior no seu gasto energético, o que propicia melhores condições ao coração quando este reinicia sua contração ao final do procedimento cirúrgico.

Toward an Explanation of the Genesis of Ketamine-Induced Perceptual Distortions and Hallucinatory States

The NMDA receptor (NMDAR) channel has been proposed to function as a coincidence-detection mechanism for afferent and reentrant signals, supporting conscious perception, learning, and memory formation. In this paper we discuss the genesis of distorted perceptual states induced by subanesthetic doses of ketamine, a well-known NMDA antagonist. NMDAR blockage has been suggested to perturb perceptual processing in sensory cortex, and also to decrease GABAergic inhibition in limbic areas (leading to an increase in dopamine excitability). We propose that perceptual distortions and hallucinations induced by ketamine blocking of NMDARs are generated by alternative signaling pathways, which include increase of excitability in frontal areas, and glutamate binding to AMPA in sensory cortex prompting Ca++ entry through voltage-dependent calcium channels (VDCCs). This mechanism supports the thesis that glutamate binding to AMPA and NMDARs at sensory cortex mediates most normal perception, while binding to AMPA and activating VDCCs mediates some types of altered perceptual states. We suggest that Ca++ metabolic activity in neurons at associative and sensory cortices is an important factor in the generation of both kinds of perceptual consciousness.

Caracterização geométrica de um sistema fluvial, formação Ttaquaquecetuba, Terciário da Bacia de São Paulo

The objective of this study is the geometric characterization of a fluvial system, exemplified by the Itaquaquecetuba Formation. The studied area is a quarry located in Itaquaquecetuba, distant 35 km from the city of São Paulo, which is inserted in the context of São Paulo Basin. Fluvial systems are important hydrocarbon reservoirs, and this study may contribute with an analogue for ancient reservoirs. It was elaborated ten facies logs along a distance of 200 m (log spacing of 20 m), with a vertical column (thickness) of 40 m for each log. Eight facies cycles, and its lateral chrono-correlation allowed to map the potential reservoir and non-reservoir facies within each cycle. Regarding the depositional model for the studied section, it is assumed an alluvial fan system composed of meandering and ribbon-type fluvial channels.

Cardiac remodeling induced by smoking: Concepts, relevance, and potential mechanisms

Cardiac or ventricular remodeling is characterized by molecular, cellular, and interstitial alterations that lead to changes in heart size, mass, geometry and function in response to a given insult. Currently, tobacco smoke exposure is recognized as one of these insults. Indeed, tobacco smoke exposure induces the enlargement of the left-sided cardiac chambers, myocardial hypertrophy, and ventricular dysfunction. Potential mechanisms for these alterations include hemodynamic and neurohormonal changes, oxidative stress, inflammation, nitric oxide bioavailability, matrix metalloproteinases and mitogen-activated protein kinase activation. This review will focus on the concepts, relevance, and potential mechanisms of cardiac remodeling induced by tobacco smoke. © 2012 Bentham Science Publishers.

Influência da nifedipina sobre a incidência de insuficiência renal aguda no pós-operatório de revascularização do miocárdio com circulação extracorpórea

Pós-graduação em Bases Gerais da Cirurgia - FMB