Influence des glycines du lien S4-S5 sur le couplage électromécanique des canaux ioniques dépendants du voltage

Les canaux potassiques dépendants du voltage sont formés de quatre sous-unités, chacune possédant six segments transmembranaires (S1-S6) et une boucle (p-loop) qui se trouve entre le cinquième et le sixième segment au niveau du pore. Il est connu que le segment senseur du voltage (S1-S4) subit un mouvement lorsque le potentiel membranaire change. Pour ouvrir le canal, il est nécessaire de transférer l'énergie du senseur du voltage (généré par le mouvement des charges positives de S4) au pore. Le mécanisme exact de ce couplage électromécanique est encore sous étude. Un des points de liaison entre le senseur de voltage et le pore est le lien physique fait par le segment S4-S5 (S45L). Le but de cette étude est de déterminer l'influence de la flexibilité du segment S45L sur le processus de couplage. Dans le S45L, trois glycines sont distribuées dans des positions différentes. Elles sont responsables de la flexibilité des hélices-alpha. Ces glycines (mais pas leurs positions exactes) sont conservées pour tous les canaux potassiques dépendants de potentiel. En utilisant la technique de mutagènes dirigé, la glycine a été remplacée dans chacune de ces différentes positions par une alanine et dans une deuxième étape, par une proline (pour introduire un angle dans l'hélice). Pour étudier le comportement des canaux dans cette nouvelle conformation, on a appliqué la technique de « patch clamp » pour déterminer les effets lors de l'ouverture du pore (courant ionique). Avec le « cut-open oocyte voltage-clamp », nous avons étudié les effets sur le mouvement du senseur de voltage (courant “gating”) et la coordination temporelle avec l'ouverture du pore (courant ionique). Les données ont montré qu’en réduisant la flexibilité dans le S45L, il faut avoir plus d'énergie pour faire ouvrir le canal. Le changement pour une proline suggère que le mouvement du senseur est indépendant du pore pendant l'ouverture du canal.

Automaticité dans le coeur ischémique : analyse de bifurcation d’un modèle mathématique de cellule ventriculaire humaine

L’ischémie aigüe (restriction de la perfusion suite à l’infarctus du myocarde) induit des changements majeurs des propriétés électrophysiologique du tissu ventriculaire. Dans la zone ischémique, on observe une augmentation du potassium extracellulaire qui provoque l’élévation du potentiel membranaire et induit un "courant de lésion" circulant entre la zone affectée et saine. Le manque d’oxygène modifie le métabolisme des cellules et diminue la production d’ATP, ce qui entraîne l’ouverture de canaux potassique ATP-dépendant. La tachycardie, la fibrillation ventriculaire et la mort subite sont des conséquences possibles de l’ischémie. Cependant les mécanismes responsables de ces complications ne sont pas clairement établis. La création de foyer ectopique (automaticité), constitue une hypothèse intéressante expliquant la création de ses arythmies. Nous étudions l’effet de l’ischémie sur l’automaticité à l’aide d’un modèle mathématique de la cellule ventriculaire humaine (Ten Tusscher, 2006) et d’une analyse exhaustive des bifurcations en fonction de trois paramètres : la concentration de potassium extracellulaire, le "courant de lésion" et l’ouverture de canaux potassiques ATP-dépendant. Dans ce modèle, nous trouvons que seule la présence du courant de lésion peut entrainer une activité automatique. Les changements de potassium extracellulaire et du courant potassique ATP-dépendant altèrent toutefois la structure de bifurcation.

Études de type structure fonction du couplage électromécanique et de la coopérativité sous-unitaire chez les canaux potassiques dépendants du voltage

Les canaux potassiques voltage-dépendants forment des tétramères dont chaque sous-unité comporte six segments transmembranaires (S1 à S6). Le pore, formé des segments S5-S6 de chaque sous-unité, est entouré de quatre domaines responsables de la sensibilité au potentiel membranaire, les senseurs de voltage (VS; S1-S4). Lors d’une dépolarisation membranaire, le mouvement des résidus chargés situés dans le VS entraine un mouvement de charges détectable en électrophysiologie, le courant de « gating ». L’activation du VS conduit à l'ouverture du pore, qui se traduit par un changement de conformation en C-terminal du segment S6. Pour élucider les principes qui sous-tendent le couplage électromécanique entre ces deux domaines, nous avons étudié deux régions présumées responsables du couplage chez les canaux de type Shaker K+, soit la région carboxy-terminale du segment S6 et le lien peptidique reliant les segments transmembranaire S4-S5 (S4-5L). Avec la technique du « cut-open voltage clamp fluorometry » (COVCF), nous avons pu déterminer que l’interaction inter-sous-unitaire RELY, formée par des acides aminés situés sur le lien S4-5L et S6 de deux sous-unités voisines, est impliquée dans le développement de la composante lente observée lors du retour des charges de « gating » vers leur état de repos, le « OFF-gating ». Nous avons observé que l’introduction de mutations dans la région RELY module la force de ces interactions moléculaires et élimine l’asymétrie observée dans les courants de « gating » de type sauvage. D’ailleurs, nous démontrons que ce couplage inter-sous-unitaire est responsable de la stabilisation du pore dans l’état ouvert. Nous avons également identifié une interaction intra-sous-unitaire entre les résidus I384 situé sur le lien S4-5L et F484 sur le segment S6 d’une même sous-unité. La déstabilisation de cette interaction hydrophobique découple complètement le mouvement des senseurs de voltage et l'ouverture du pore. Sans cette interaction, l’énergie nécessaire pour activer les VS est moindre en raison de l’absence du poids mécanique appliqué par le pore. De plus, l’abolition du couplage électromécanique élimine également le « mode shift », soit le déplacement de la dépendance au voltage des charges de transfert (QV) vers des potentiels hyperpolarisants. Ceci indique que le poids mécanique du pore imposé au VS entraine le « mode shift », en modulant la conformation intrinsèque du VS par un processus allostérique.

Régulation des processus de réparation de l’épithélium bronchique sain et Fibrose Kystique par le TNF-alpha

La Fibrose Kystique, causée par des mutations du canal CFTR, mène à la dysfonction du transport des fluides et des ions causant la déshydratation du liquide de surface des voies aériennes et ainsi une défaillance de la clairance mucocilliaire. Ce défaut entraine l’accumulation et l’épaississement du mucus au niveau des bronches qui devient alors un environnement idéal pour le développement d’infections chroniques et d’inflammation qui sont associées à la destruction progressive de l’épithélium chez les patients Fibrose Kystique. Même si leur rôle dans les processus lésionnels est très bien connu, l’impact de médiateurs inflammatoires sur la capacité de réparation ne l’est cependant pas. L’objectif de ma maitrise était donc d’étudier la régulation des mécanismes de réparation de l’épithélium bronchique sain et Fibrose Kystique par le facteur de nécrose tumoral (TNF)-alpha, une cytokine pro-inflammatoire cruciale dans l’initiation et la propagation de la réponse inflammatoire chez les patients FK. À l’aide d’un modèle de plaies mécaniques, nous avons montré que le TNF-alpha stimule la réparation de l’épithélium bronchique sain (NuLi-1) et Fibrose Kystique (CuFi-1). De façon surprenante, l’exposition chronique au TNF-alpha augmente cette stimulation tout comme le taux de migration cellulaire pendant la réparation. Cette augmentation de réparation semble être médiée par l’activation de la métalloprotéinase MMP-9, la relâche d’EGF par les cellules épithéliales et ainsi l’activation de la voie d’EGFR. De plus, l’activation de la réparation par le TNF-alpha semble aussi impliquer l’activation des canaux K+, dont nous avons démontré le rôle important dans la réparation. Contrairement à son effet sur la migration cellulaire et sur la réparation, le TNF-alpha diminue la prolifération cellulaire. En somme, en plus de son rôle dans les processus lésionnels, le TNF-alpha semble avoir un rôle complexe dans les processus de réparation puisqu’il stimule la migration et ralentit la prolifération cellulaire.

Implications des canaux K+ sur la régulation génique du canal ENaC, et impact de l'hyperglycémie sur le transport ionique et la réparation de l'épithélium respiratoire

Dans mon projet de doctorat, j’ai étudié des fonctions primordiales de l’épithélium respiratoire telles que la régulation du transport ionique, la clairance liquidienne et la réparation épithéliale. J’ai particulièrement mis l’emphase sur le rôle des canaux potassiques qui interviennent dans ces trois fonctions de l’épithélium respiratoire. J’ai tout d’abord prouvé que la modulation des canaux potassiques régulait l’activité du promoteur de αENaC, en partie via la voie de signalisation ERK1/2, dans des cellules alvéolaires. Cette régulation entraîne une variation de l’expression génique et protéique du canal ENaC. Physiologiquement, il en résulte une augmentation du phénomène de clairance liquidienne suite à l’activation des canaux K+, tandis que l’inhibition de ces canaux la diminue sévèrement. J’ai aussi pu démontrer que l’absence de canal KvLQT1 entraînait une diminution du courant (ENaC) sensible à l’amiloride, dans les cellules de trachée en culture primaire, isolées de souris KO pour kcnq1. Dans la seconde partie de mon étude, j’ai évalué l’impact de l’hyperglycémie sur la capacité de transport ionique et de réparation de cellules épithéliales bronchiques saines ou Fibrose Kystique. Mes résultats montrent que l’hyperglycémie diminue le transport transépithélial de chlore et le transport basolatéral de potassium. Des études préalables du laboratoire ayant montré que les canaux K+ et Cl- contrôlent les processus de réparation, j’ai donc évalué si ceux-ci étaient modifiés par l’hyperglycémie. Et en effet, l’hyperglycémie ralentit la vitesse de réparation des cellules issues des voies aériennes (CFBE-wt et CFBE-ΔF508). J’ai donc démontré que le transport de potassium intervenait dans des fonctions clés de l’épithélium respiratoire, comme dans la régulation génique de canaux ioniques, le contrôle de la clairance liquidienne alvéolaire, et que l’hyperglycémie diminuait le transport ionique (K+ et Cl-) et la réparation épithéliale.

Wiener-System subspace identification for mobile wireless mm-wave networks

We discuss the feasibility of wireless terahertz communications links deployed in a metropolitan area and model the large-scale fading of such channels. The model takes into account reception through direct line of sight, ground and wall reflection, as well as diffraction around a corner. The movement of the receiver is modeled by an autonomous dynamic linear system in state space, whereas the geometric relations involved in the attenuation and multipath propagation of the electric field are described by a static nonlinear mapping. A subspace algorithm in conjunction with polynomial regression is used to identify a single-output Wiener model from time-domain measurements of the field intensity when the receiver motion is simulated using a constant angular speed and an exponentially decaying radius. The identification procedure is validated by using the model to perform q-step ahead predictions. The sensitivity of the algorithm to small-scale fading, detector noise, and atmospheric changes are discussed. The performance of the algorithm is tested in the diffraction zone assuming a range of emitter frequencies (2, 38, 60, 100, 140, and 400 GHz). Extensions of the simulation results to situations where a more complicated trajectory describes the motion of the receiver are also implemented, providing information on the performance of the algorithm under a worst case scenario. Finally, a sensitivity analysis to model parameters for the identified Wiener system is proposed.

Phylogenetic variation in the shoot mineral concentration of angiosperms

The calcium (Ca) concentration of plant shoot tissues varies systematically between angiosperm orders. The phylogenetic variation in the shoot concentration of other mineral nutrients has not yet been described at an ordinal level. The aims of this study were (1) to quantify the shoot mineral concentration of different angiosperm orders, (2) to partition the phylogenetic variation in shoot mineral concentration between and within orders, (3) to determine if the shoot concentration of different minerals are correlated across angiosperm species, and (4) to compare experimental data with published ecological survey data on 81 species sampled from their natural habitats. Species, selected pro rata from different angiosperm orders, were grown in a hydroponic system under a constant external nutrient regime. Shoots of 117 species were sampled during vegetative growth. Significant variation in shoot carbon (C), calcium (Ca), potassium (K), and magnesium (Mg) concentration occurred between angiosperm orders. There was no evidence for systematic differences in shoot phosphorus (P) or organic-nitrogen (N) concentration between orders. At a species level, there were strong positive correlations between shoot Ca and Mg concentration, between shoot P and organic-N concentration, and between shoot K concentration and shoot fresh weight:dry weight ratio. Shoot C and cation concentration correlated negatively at a species level. Species within the Poales and the Caryophyllales had distinct shoot mineralogies in both the designed experiment and in the ecological survey.

Chemical and Morphological Features of Dental Composite Resin: Influence of Light Curing Units and Immersion Media

Aims: The study evaluated the influence of light curing units and immersion media on superficial morphology and chemistry of the nanofilled composite resin Supreme XT (3M) through the EDX analysis and SEM evaluation. Light curing units with different power densities and mode of application used were XL 3000 (480 mW/cm(2)), Jet Lite 4000 Plus (1230mW/cm(2)), and Ultralume Led 5 (790 mW/cm(2)) and immersion media were artificial saliva, Coke(R), tea and coffee, totaling 12 experimental groups. Specimens (10 mm X 2 mm) were immersed in each respective Solution for 5 min, three times a day, during 60 days and stored in artificial saliva at 37 degrees C +/- 1 degrees C between immersion periods. Topography and chemical analysis was qualitative. Findings: Groups immersed in artificial saliva, showed homogeneous degradation of matrix and deposition of calcium at the material surface. Regarding coffee, there was a reasonable chemical degradation with loss of load particles and deposition of ions. For tea, superficial degradation occurred in specific areas with deposition of calcium, carbon. potassium and phosphorus. For Coke(R), excessive matrix degradation and loss of load particles with deposition of calcium, sodium, and potassium. Conclusion: Light curing units did not influence the superficial morphology of composite resin tested, but the immersion beverages did. Coke(R) affected material`s surface more than did the other tested drinks. Microsc. Res. Tech. 73:176-181, 2010. (c) 2009 Wiley-Liss Inc.

Anesthetic Activation of Central Respiratory Chemoreceptor Neurons Involves Inhibition of a THIK-1-Like Background K(+) Current

At surgical depths of anesthesia, inhalational anesthetics cause a loss of motor response to painful stimuli (i.e., immobilization) that is characterized by profound inhibition of spinal motor circuits. Yet, although clearly depressed, the respiratory motor system continues to provide adequate ventilation under these same conditions. Here, we show that isoflurane causes robust activation of CO(2)/pH-sensitive, Phox2b-expressing neurons located in the retrotrapezoid nucleus (RTN) of the rodent brainstem, in vitro and in vivo. In brainstem slices from Phox2b-eGFP mice, the firing of pH-sensitive RTN neurons was strongly increased by isoflurane, independent of prevailing pH conditions. At least two ionic mechanisms contributed to anesthetic activation of RTN neurons: activation of an Na(+)-dependent cationic current and inhibition of a background K(+) current. Single-cell reverse transcription-PCR analysis of dissociated green fluorescent protein-labeled RTN neurons revealed expression of THIK-1 (TWIK-related halothane-inhibited K(+) channel, K(2P)13.1), a channel that shares key properties with the native RTN current (i.e., suppression by inhalational anesthetics, weak rectification, inhibition by extracellular Na(+), and pH-insensitivity). Isoflurane also increased firing rate of RTN chemosensitive neurons in urethane-anesthetized rats, again independent of CO(2) levels. In these animals, isoflurane transiently enhanced activity of the respiratory system, an effect that was most prominent at low levels of respiratory drive and mediated primarily by an increase in respiratory frequency. These data indicate that inhalational anesthetics cause activation of RTN neurons, which serve an important integrative role in respiratory control; the increased drive provided by enhanced RTN neuronal activity may contribute, in part, to maintaining respiratory motor activity under immobilizing anesthetic conditions.

Effects of a high fat diet on liver mitochondria: increased ATP-sensitive K(+) channel activity and reactive oxygen species generation

High fat diets are extensively associated with health complications within the spectrum of the metabolic syndrome. Some of the most prevalent of these pathologies, often observed early in the development of high-fat dietary complications, are non-alcoholic fatty liver diseases. Mitochondrial bioenergetics and redox state changes are also widely associated with alterations within the metabolic syndrome. We investigated the mitochondrial effects of a high fat diet leading to non-alcoholic fatty liver disease in mice. We found that the diet does not substantially alter respiratory rates, ADP/O ratios or membrane potentials of isolated liver mitochondria. However, H(2)O(2) release using different substrates and ATP-sensitive K(+) transport activities are increased in mitochondria from animals on high fat diets. The increase in H(2)O(2) release rates was observed with different respiratory substrates and was not altered by modulators of mitochondrial ATP-sensitive K(+) channels, indicating it was not related to an observed increase in K(+) transport. Altogether, we demonstrate that mitochondria from animals with diet-induced steatosis do not present significant bioenergetic changes, but display altered ion transport and increased oxidant generation. This is the first evidence, to our knowledge, that ATP-sensitive K(+) transport in mitochondria can be modulated by diet.

Crown ethers : applications in inorganic synthesis

The ability of macroheterocyclic compounds to complex with ionic species has led to the synthesis and investigation of many multidentate macroheterocyclic species. The most stable complexes are formed between macrocyclic polyetheral ligands (crown ethers) with alkali or alkaline earth metal iona. There is an excellent correlation of the stability of these complexes with the size of the cation and the site of the cavity in the macrocyclic ligand. Additional factors, such as the basicity of the ligand and the solvating ability of the solvent, also play important roles in the stabilization of the complex. The stability of such complexes has been advantageously used to increase anionic reactivity and has been successfully applied to several organic fluorinations, oxidations, and similar reactions. The use of macrocyclic ligands in inorganic syntheses of otherwise difficult to obtain fluoro compounds has not been reported. O-carborane and m-carborane, C2BlOHl2, are icosahedral cage systems derived from Bl2H122- by replacement of BH with the isoelectronic CH group. These stable molecules exhibit electron-deficient bonding which can best be explained by delocalization of electrons. This delocalization gives rise to stability similar to that found in aromatic hydrocarbons. Crown ether activated potassium fluoride has been successfully employed in the conversion of alkyl, acyl and aryl halides to their respective fluorides. Analogously halide substituted carboranes were prepared, but their fluoro-derivatives were not obtained. The application of crown ethers in the synthesis of transition metal complexes is relatively unexplored. The usual synthesis of fluoro-derivative transition metal complexes involves highly reactive and toxic fluorinating agents such as antimony trifluoride, antimony penta fluoride. bromine trifluoride and hydrogen fluoride, An attempted preparation of the hexafluoroosmate (IV) ion via a crown activated, or naked fluoride~was unsuccessful. Potassium hexafluoroosmate (IV), K208F6. was eventually prepared using bromine trifluoride as a fluorinating and oxidizing agent .

Hemograma e perfil bioquímico sérico, inclusive hemogasométrico, de bezerros infectados experimentalmente com Salmonella Dublin

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

Atributos do solo sob pastagens em sistema de sequeiro e irrigado

A pecuária é uma das atividades econômicas mais importantes da região do cerrado, sendo que o sucesso dessa atividade é dependente do sistema de manejo e de gramíneas forrageiras adaptadas às condições edafoclimáticas da região. Objetivou-se, neste tabalho, avaliar os atributos do solo em áreas sob pastagens com capim-Tanzânia (Panicum maximum Jacq. cv. Tanzânia) e braquiarão [Brachiaria brizantha (Hochst ex A. Rich.) Stapf. cv. Marandu], em sistema de sequeiro e irrigado no município de Rio Verde, GO. O experimento foi instalado no Centro Tecnológico Comigo, em um Latossolo Vermelho-Amarelo Distrófico típico, em 16 parcelas com 450m² cada. Adotou-se o delineamento em blocos completamente casualisados, referindo-se aos quatro tratamentos: capim-Tanzânia e braquiarão com e sem irrigação, com quatro repetições. Foram realizadas análises de atributos físicos (estabilidade de agregados) e químicas (pH, cálcio, magnésio, potássio, fósforo, acidez potencial, capacidade de troca catiônica, saturação por bases e conteúdo de matéria orgânica). Os atributos químicos variaram em ambas as profundidades, decorrentes principalmente da ação da calagem e adubação do solo independente da ausência ou presença de irrigação. Os tratamentos com capim-Tanzânia e braquiarão sem irrigação apresentaram os maiores teores de matéria orgânica e tiveram os maiores valores do diâmetro médio geométrico (DMG). A maior porcentagem dos agregados ficou retida na peneira de > 2,0mm de malha. A irrigação não afetou a produção de massa seca do capim-Tanzânia e braquiarão.

Efeito da calagem e sulfato de amônio no algodão: II - Concentração de cátions e ânions na solução do solo e absorção de nutrientes pelas plantas

No sistema de semeadura direta, o calcário tem sido aplicado superficialmente para evitar o revolvimento do solo. Os ânions adicionados via adubação nitrogenada podem aumentar a solubilização de sais de cátions básicos do solo graças à formação de pares iônicos. O objetivo deste trabalho foi estudar a dinâmica dos ânions NO3- e SO4(2-) e dos cátions NH4+, Ca2+, Mg2+ e K+ da solução do solo, bem como a absorção de nutrientes pelo algodoeiro submetido a distintas formas de aplicação de calcário e diferentes doses de sulfato de amônio em cobertura, cultivado com a presença de palha na superfície do solo. Utilizou-se um Latossolo Vermelho distroférrico de textura média que foi acomodado em vasos com 15,71 dm³. Plantas de algodão (Gossypium hirsutum) foram cultivadas por 60 dias nas condições de calagem superficial sobre a palha, calagem incorporada a 0-20 cm de profundidade e ausência de correção do solo, com a aplicação de doses de sulfato de amônio equivalentes a 0, 50, 100 e 150 kg ha-1 de N em cobertura. Cápsulas porosas foram instaladas para amostragem e quantificação de nutrientes da solução do solo. A concentração de SO4(2-) da solução do solo foi incrementada pela adubação nitrogenada, independentemente da forma de aplicação do calcário. A curto prazo, a nitrificação do NH4+ aplicado foi favorecida somente com a calagem incorporada, apesar de o N nítrico da solução do solo ter aumentado no final do cultivo do algodão até mesmo no solo não corrigido. As concentrações de Ca, Mg e K da solução do solo foram incrementadas pela adubação de cobertura. O ânion SO4(2-) apresentou maior afinidade do que o NO3- na formação de pares iônicos com os cátions básicos da solução do solo. A adubação nitrogenada proporcionou maior eficiência na absorção de Ca e Mg pelo algodoeiro na condição de calagem incorporada.

Mechanisms for consideration for intervention in the development of organophosphorus-induced delayed neuropathy

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