Régulation du cycle cellulaire par le récepteur natriurétique de type C dans les cellules du muscle lisse vasculaire : mécanismes moléculaires

Nous avons précédemment montré que l’activation du récepteur natriurétique de type C (NPR-C) par son agoniste spécifique, le C-ANP4-23, atténue l’augmentation de la prolifération des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) induite par les peptides vasoactifs (Ang II, ET-1 et l’AVP). Puisque les CMLV provenant de rats spontanément hypertendus (SHR) montrent elles aussi un taux de prolifération plus élevé que leur contrôle, les CMLV de rats Wystar-Kyoto (WKY), nous avons entrepris cette étude dans le but de déterminer si C-ANP4-23 peut également diminuer le taux élevé de prolifération des CMLV de SHR et, le cas échéant déterminer les mécanismes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que le taux de prolifération des CMLV de SHR est significativement plus élevé que celui des CMLV de WKY et que la présence de C-ANP4-23 diminue de manière-dose dépendante le taux de prolifération des CMLV de SHR. En plus, l’expression des protéines de la phase G1 du cycle cellulaire, la cycline D1, la kinase dépendante des cyclines 2 (cdk2) et la forme phosphorylée de la protéine du rétinoblastome (pRb) est augmentée dans les CMLV de SHR comparativement aux CMLV de WKY et est atténué par C-ANP4-23. De plus, nos résultats montrent que les inhibiteurs du complexe cycline D1/cdk4 (NSC 625987) et cdk2 (NU2058) diminue le taux de prolifération élevé des CMLV de SHR. Les CMLV de SHR montrent également un taux de phosphorylation de ERK1/2 et d’AKT et est atténué par C-ANP4-23. De plus, le taux d’expression élevé des protéines cycline D1, cdk2 et pRb des CMLV de SHR est diminué par la toxine pertussis qui inactive la protéine Giα, le PD 98095, un inhibiteur de MEK de la voie des MAPK, du wortmannin, un inhibiteur de la PI3-K et finalement du losartan, un antagoniste du récepteur AT1. Ces résultats suggèrent que l’activation du récepteur NPR-C par C-ANP4-23 diminue le taux de prolifération élevé des CMLV de SHR par une régulation à la baisse des composantes du cycle cellulaire via l’inhibition de la protéine Giα et des voies signalétique MAP kinase/PI3-K.

Le niveau réduit d’AMPc dans la surexpression des protéines G(alpha)i et la prolifération accrue des cellules du muscle lisse vasculaire des rats spontanément hypertendus

Nous avons précédemment montré que les cellules musculaires lisses vasculaires(CMLV) des rats spontanément hypertendus (SHR) présentent une expression augmentée des protéines G inhibitrices (Gi) et une prolifération cellulaire accrue par rapport aux CMLV des rats Wystar-Kyoto (WKY). Le niveau d'AMPc s’est également avéré plus faible dans les CMLV de SHR. La présente étude a donc été entreprise afin d'examiner la contribution de la diminution du niveau intracellulaire d'AMPc à l’augmentation de l'expression des protéines Gi et à la prolifération accrue des CMLV de SHR et de continuer à explorer les mécanismes moléculaires sous-jacents responsables de cette réponse. Les CMLV de SHR ont montré par rapport aux CMLV des WKY une expression accrue de Giα-2 et Giα-3 qui a été diminué d'une manière dépendante de concentration par le dbcAMP, un analogue d'AMPc perméable à la membrane cellulaire. En outre, les fonctions augmentées des protéines Gi comme démontrées par l'amplification de l’inhibition de l'adénylate cyclase par les hormones inhibitrices et l'activité forskoline (FSK)-stimulée de l’adénylate cyclase par une faible concentration de GTPγS dans les CMLV de SHR ont également été restaurées aux niveaux de WKY par le dbcAMP. La prolifération accrue des CMLV de SHR a également été atténuée par le dbcAMP et la forskoline, un activateur de l'adénylate cyclase. De plus, dbcAMP a restauré la production augmentée d'anion superoxyde (O2-), l'activité de la NAD(P)H oxydase et l’expression accrue des protéines Nox 4 et p47phox observée dans les CMLV de SHR jusqu’au niveau contrôle. Par ailleurs, la phosphorylation accrue des PDGF-R, EGF-R, c-Src et ERK1/2 énoncée par les CMLV de SHR a également été diminuée par le dbcAMP d'une manière dépendante de concentration. Ces résultats suggèrent que le niveau réduit d'AMPc intracellulaire montré par les CMLV de SHR contribue à l'expression accrue des protéines Gi et à l’hyperprolifération cellulaire à travers l’augmentation du stress oxydatif, la transactivation des EGF-R, PDGF-R et la voie de signalisation des MAP kinases.

Remodelage du muscle lisse péribronchique dans l’inflammation respiratoire chronique

Le souffle chez les chevaux et l’asthme chez l’humain sont des maladies respiratoires qui partagent plusieurs caractéristiques, notamment des épisodes de bronchospasme et de détresse respiratoire dus à une inflammation pulmonaire inappropriée en réponse à une inhalation de substances antigéniques. Les manifestations cliniques incluent des efforts respiratoires augmentés, des sifflements et de la toux. Au niveau des voies respiratoires, on observe une augmentation du muscle lisse péribronchique, une fibrose sous épithéliale, une métaplasie/hyperplasie épithéliale et du mucus en quantité augmentée. L’augmentation du muscle lisse est particulièrement importante car elle n’affecte pas seulement le calibre basal des voies respiratoires, mais elle accentue l’obstruction respiratoire lors de bronchoconstriction. Ces changements sont regroupés sous le terme de « remodelage » et sont associés à un déclin accéléré de la fonction respiratoire chez les patients asthmatiques. Alors que les traitements actuels contrôlent efficacement le bronchospasme et relativement bien l’inflammation, leurs effets sur le remodelage sont mal connus. Dans le cadre de thèse, la réversibilité du remodelage musculaire péribronchique a été investiguée chez des chevaux atteints du souffle dans deux études longitudinales. Ces études, faites principalement sur du tissu pulmonaire prélevé par thoracoscopie, sont difficilement réalisables chez l’humain pour des raisons éthiques, ou chez d’autres animaux, car ceux-ci présentent rarement une inflammation de type asthmatique de façon spontanée. Les résultats démontrent que les chevaux atteints du souffle ont approximativement deux fois plus de muscle péribronchique que les chevaux sains d’âge similaire gardés dans les mêmes conditions, et que la prolifération des myocytes contribue à cette augmentation. Ils démontrent aussi qu’une stimulation antigénique relativement brève chez des chevaux atteints du souffle depuis plusieurs années n’accentue pas le remodelage, ce qui suggère que l’augmentation du muscle lisse atteint un plateau. Nous avons également montré que le remodelage du muscle lisse chez des chevaux adultes est partiellement réversible et que cette réversibilité peut être accélérée par l’administration de corticostéroïdes par inhalation. Il semble toutefois qu’une portion du remodelage chronique est irréversible puisque les corticostéroïdes ont accéléré la diminution du muscle mais sans toutefois mener à une amélioration plus marquée au terme de l’étude qu’avec une modification environnementale stricte. La diminution de trente pourcent observée sur un an paraît modeste mais elle démontre clairement, et pour une première fois, que le remodelage du muscle lisse présent chez des chevaux adultes malades depuis plusieurs années est au moins partiellement réversible.

The role of EphB6 and ephrinbs in blood pressure regulation

L’hypertension artérielle est le facteur de risque le plus important dans les maladies cardiovasculaires (MCV) et les accidents vasculaires cérébraux (AVC). L’hypertension artérielle essentielle est une maladie complexe, multifactorielle et polygénique. Même si on a identifié de nombreux facteurs de risque de l’hypertension artérielle, on ne comprend pas encore clairement les mécanismes qui la régissent. Les kinases hépatocytes produisant l’érythropoïétine (Eph) constituent la plus grande famille des récepteurs tyrosine kinase qui se lient à des ligands de surface cellulaire appelés éphrines sur les cellules avoisinantes. On sait que les interactions de Eph et des éphrines sont essentielles aussi bien dans les processus de développement que dans le fonctionnement des organes et des tissus adultes. Cependant on n’a pas encore étudié la relation entre Eph/éphrines et l’hypertension artérielle. Nous avons créé des modèles de souris knockout (K.O.) Ephb6-/-, Efnb1-/- et Efnb3-/- pour cette étude. Dans le modèle EphB6-/-, nous avons observé que les souris K.O. Ephb6 castrées, mais pas les femelles, ainsi que les souris mâles non castrées présentaient une tension artérielle élevée (TA) par rapport à leurs homologues de type sauvage (TS). Ceci suggère que Ephb6 doit agir de concert avec l’hormone sexuelle mâle pour réguler la TA. Les petites artères des mâles castrés Ephb6-/- présentaient une augmentation de la contractilité, une activation de RhoA et une phosphorylation constitutive de la chaîne légère de la myosine (CLM) lorsque comparées à celles de leurs homologues TS. Ces deux derniers résultats indiquent que la phosphorylation de CLM et de RhoA passe par la voie de signalisation de Ephb6 dans les cellules du muscle lisse de la paroi vasculaire (CMLV). Nous avons démontré que la réticulation de Efnbs mais non celle de Ephb6 aboutit à une réduction de la contractilité des CMLV. Ceci montre que l’effet de Ephb6 passe par la signalisation inversée à travers Efnb. Dans le modèle Efnb1-/- conditionnel spécifique au muscle lisse, nous n’avons observé aucune différence entre Efnb1-/- et les souris de TS concernant la mesure de la TA dans des conditions normales. Cependant, la TA des souris K.O. Efnb1 lors d’un stress d’immobilisation est supérieure à celle des souris de TS. Dans les petites artères des souris K.O. Efnb1, le rétrécissement et la phosphorylation de CLM étaient élevés. In vitro, la contractilité et l’activation RhoA de la CMLV des souris TS étaient augmentées quand leur Efnb1 était réticulé. Ces résultats corroborent ceux des souris KO Ephb6 et prouvent que l’effet de Ephb6 dans le contrôle de la TA se produit au moins par l’intermédiaire d’un de ses ligands Efnb1 dans les CMLV. Dans le modèle Efnb3-/-, on a observé une augmentation de la TA et du rétrécissement des vaisseaux chez les femelles Efnb3-/-, mais non chez les mâles; l’échographie a aussi révélé une résistance accrue au débit sanguin des souris K.O. femelles. Cependant la mutation de Efnb3 ne modifie pas la phosphorylation de la CLM ou l’activation de RhoA in vivo. Dans l’expérience in vitro, les CMLV des souris femelles Efnb3-/- ont présenté une augmentation de la contractilité mais pas celle des souris mâles Efnb3-/-. La réticulation des CMLV chez les mâles ou les femelles de TS avec solide anti-Efnb3 Ab peut réduire leur contractilité. Notre étude est la première à évaluer le rôle de Eph/éphrines dans la régulation de la TA. Elle montre que les signalisations Eph/éphrines sont impliquées dans le contrôle de la TA. La signalisation inverse est principalement responsable du phénotype élevé de la TA. Bien que les Efnb1, Efnb3 appartiennent à la même famille, leur fonction et leur efficacité dans la régulation de la TA pourraient être différentes. La découverte de Eph/Efnb nous permet d’explorer plus avant les mécanismes qui gouvernent la TA.

Contribution des isoformes de la myosine à l'obstruction respiratoire dans le souffle chez le cheval

La myosine est une protéine motrice impliquée dans la contraction du muscle lisse. Un de ces isoformes, appelé (+)insert lui procure une vélocité accrue. L’objectif de cette étude était d’évaluer la contribution de cet isoforme au bronchospasme observé chez les chevaux atteints de souffle, un modèle d’asthme humain. Nous avons procédé à l’analyse de l’expression génique de l’isoforme (+)insert dans les voies respiratoires de chevaux issus de 3 cohortes afin d’évaluer 1) la présence de cet isoforme chez les chevaux atteints de souffle ; 2) la réversibilité de son expression avec 2 traitements usuels (corticostéroïdes inhalés et retrait antigénique); et 3) la cinétique de réapparition de l’isoforme suite à une période de rémission de la maladie. Les résultats révèlent 1) une expression augmentée de l’isoforme (+)insert dans l’ensemble de l’arbre bronchique des chevaux atteints de souffle en exacerbation comparée aux contrôles et aux chevaux en rémission ; 2) les deux traitements conduisent à une réduction de l’expression de l’isoforme, mais l’administration de corticostéroïdes mène à une diminution plus rapide que celle induite par le retrait antigénique; et 3) une période de 30 jours ou plus d'exposition antigénique est nécessaire pour la réapparition de l’isoforme (+)insert dans l’arbre bronchique des chevaux atteints de souffle. Cette étude montre pour la première fois une modulation et une réversibilité de l’expression de l'isoforme (+)insert de la myosine en fonction du statut médical du sujet. Les données suggèrent que cet isoforme pourrait faire partie d’un mécanisme protecteur activé en réponse à une exposition antigénique prolongée.

Characterizing cortical myosin mini-filament regulation, length and its macroscopic implications in cytokinetic dynamics.

Au cours de la cytokinèse, le génome dédoublé est compartimentalisé en deux cellules filles. L’anneau contractile, une structure dynamique, est constitué d’actine, myosine (NMY-II) et d’autres protéines accessoires. NMY-2 est le seul moteur protéique impliqué dans la contraction de l’anneau durant la cytokinèse. Depuis longtemps, il a été considéré que celle-ci glissait le long des filaments d’actine grâce à sa capacité de traction. Récemment, plusieurs études ont découvert que son activité réticulante joue un rôle en cytokinèse et il est connu que la NMY-2 peut s’assembler en filaments bipolaires à partir de dimères. Ainsi, nous postulons que leur dimension (nombre de moteurs ATPasiques) pourrait dicter leur contribution en activité motrice et réticulante. Afin de déterminer la composition des filaments corticaux de NMY-2, nous avons utilisé une technique d'imagerie de molécules individuelles à l’aide de la microscopie TIRF. J’ai trouvé à travers l’analyse statistique de la distribution des NMY-2 mesurés que les filaments sont assemblés à deux dimensions constantes: Des filaments composés de 20 dimères et 30 dimères. La kinase Rho est une activatrice de NMY-2 nécessaire pour les niveaux physiologiques de NMY-2 sur l’anneau contractile, pour des cinétiques et fermeture concentrique de l’anneau. La déplétion de RhoK augmente l’abondance relative des filaments de 20 dimères. Ainsi, RhoK pourrait réguler le recrutement de la NMY et aussi l’assemblage des filaments corticaux de NMY-2. De plus, à l’aide de la microscopie confocale à temps réel, j’ai trouvé que lors de la déplétion de RhoK, il se produit une réduction du recrutement et du délai d’initiation du sillon, une fermeture lente et une augmentation significative de la concentricité de l’anneau. De plus, j’ai mesuré des défauts dans l’organisation corticale de l’anneau contractile en patch. La déplétion de MRCK-1 n’affecte pas l’initiation du sillon, les cinétiques de fermeture, ou la fermeture concentrique de l’anneau. Paradoxalement, la déplétion de MRCK-1 augmente le recrutement cortical de NMY-2, mais quand depleté simultanément avec Rho-K il diminue NMY-2 à l’équateur comparé à la déplétion seule de Rho-K. De plus, la double déplétion, conduit à un phénotype de concentricité de l’anneau, suivie d’un recentrage.

Expression des cofacteurs de transcription associés au SRF dans le muscle lisse respiratoire équin

L’hyperplasie et l’hypertrophie contribuent à l'augmentation de la masse de muscle lisse bronchique observée dans le souffle. Les cellules musculaires lisses (CML) présentent deux phénotypes; prolifératif ou contractile. Le serum response factor (SRF), un facteur de transcription impliqué dans l’activation de nombreux gènes, contribuerait à cette modulation phénotypique. Notamment, lorsqu'associé au cofacteur Elk-1, un phénotype prolifératif serait observé, alors qu'en présence de la myocardine (MYOCD) il y aurait induction d'un profil contractile. Récemment, il a été démontré que SRF est surexprimé dans les voies périphériques chez les chevaux atteints du souffle suite à une exposition antigénique. Cette étude vise à caractériser l'expression protéique et génique de SRF, Elk-1 et MYOCD dans les CML des voies respiratoires centrales et périphériques chez des chevaux atteints du souffle et des chevaux contrôles. L'évaluation de l’expression protéique de SRF, Elk-1 et MYOCD s’est effectuée par immunodétection sur des tissus provenant de biopsies thoracoscopiques ou endobronchiques, et ce, avant, à 1 et 30 jours du défi antigénique. L'expression génique a été étudiée par qPCR sur du muscle lisse disséqué de la trachée, et des bronches, ainsi que sur des voies respiratoires intermédiaires et périphériques. Les expressions génique et protéique de MYOCD sont augmentées uniquement dans les voies périphériques. L’expression génique de SRF et Elk-1 varient dans les voies centrales alors que le taux de protéines demeure stable. En conclusion, SRF et MYOCD pourraient être impliquées dans l’hypertrophie des voies respiratoires périphériques dans le souffle alors que l’hyperplasie ne semble pas être activée par Elk-1.

Isolation, culture et caractérisation phénotypique de cellules musculaires lisses endobronchiques équines.

Le muscle lisse endobronchique est l’un des acteurs principaux de l’asthme. La description de ces caractéristiques phénotypiques reste cependant très elliptique, notamment à cause de la difficulté inhérente à l’échantillonnage. Le cheval offre un large champ d’investigation en raison de sa taille et un modèle d’asthme pertinent en regard de la similitude entre asthme et souffle. La technique de culture et de caractérisation du muscle lisse a été mise au point à partir de muscle lisse trachéal. Ce modèle a ensuite été transposé et réalisé à partir de biopsies endobronchiques chez le cheval. Les cellules du muscle lisse ont été isolées, mises en culture puis caractérisées par immunofluorescence, cytométrie de flux et immunobuvardage. Le maintien du phénotype contractile en culture restant un défi dans l’établissement d’un modèle d’asthme réaliste. Suite à l’isolement des cellules musculaires lisses à partir de muscle lisse trachéal équin et leur mise en culture en présence de 10% de FBS pendant 7 passages, 96.4% des cellules expriment l’α-smooth muscle-actine (α-sm-actine), tandis que 83.8% et 77% expriment la desmine et la myosine respectivement. Les cellules musculaires lisses issues de biopsies endobronchiques expriment après 7 passages à 84% l’α-sm-actine, à 57% la desmine et 69% la myosine. Ces résultats ont été obtenus par immunofluorescence et immunobuvardage. Le pourcentage de cellules exprimant les protéines d’intérêt, tout comme l’intensité moyenne de fluorescence ne présentent pas de variation significative ni entre le 4ième et le 7ième passage, ni avec la caractérisation initiale, lors du premier passage. Cette étude suggère qu’il est possible de maintenir le phénotype contractile en culture sur plastique en présence de 10% de FBS, et que les biopsies endobronchiques sont un support d’étude valable pour de futures investigations concernant le rôle du muscle lisse et ses caractéristiques.

Thyroid hormone stimulates NO production via activation of the PI3K/Akt pathway in vascular myocytes

Aims Thyroid hormone (TH) rapidly relaxes vascular smooth muscle cells (VSMCs). However, the mechanisms involved in this effect remain unclear. We hypothesize that TH-induced rapid vascular relaxation is mediated by VSMC-derived nitric oxide (NO) production and is associated with the phosphatidylinositol 3-kinase/protein kinase B (PI3K/Akt) signalling pathway. Methods and results NO levels were determined using a NO-specific fluorescent dye (DAF-2) and nitrite (NO(2)) levels. Expression of NO synthase (NOS) isoforms and proteins of the PI3K/Akt pathway was determined by both western blotting and immunocytochemistry. Myosin light chain (MLC) phosphorylation levels were also investigated by western blotting. Exposure of cultured VSMCs from rat thoracic aortas to triiodothyronine (T3) resulted in a significant decrease of MLC phosphorylation levels. T3 also induced a rapid increase in Akt phosphorylation and increased NO production in a dose-dependent manner (0.001-1 mu M). VSMCs stimulated with T3 for 30 min showed an increase in the expression of all three NOS isoforms and augmented NO production, effects that were prevented by inhibitors of PI3K. Vascular reactivity studies showed that vessels treated with T3 displayed a decreased response to phenylephrine, which was reversed by NOS inhibition. These data suggest that T3 treatment induces greater generation of NO both in aorta and VSMCs and that this phenomenon is endothelium independent. In addition, these findings show for the first time that the PI3K/Akt signalling pathway is involved in T3-induced NO production by VSMCs, which occurs with expressive participation of inducible and neuronal NOS. Conclusion Our data strongly indicate that T3 causes NO-dependent rapid relaxation of VSMC and that this effect is mediated by the PI3K/Akt signalling pathway.

O-GlcNAcylation contributes to the vascular effects of ET-1 via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway

Aims Glycosylation with beta-N-acetylglucosamine (O-GlcNAcylation) is one of the most complex post-translational modifications. The cycling of O-GlcNAc is controlled by two enzymes: UDP-NAc transferase (OGT) and O-GlcNAcase (OGA). We recently reported that endothelin-1 (ET-1) augments vascular levels of O-GlcNAcylated proteins. Here we tested the hypothesis that O-GlcNAcylation contributes to the vascular effects of ET-1 via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway. Methods and results Incubation of vascular smooth muscle cells (VSMCs) with ET-1 (0.1 mu M) produces a time-dependent increase in O-GlcNAc levels. ET-1-induced O-GlcNAcylation is not observed when VSMCs are previously transfected with OGT siRNA, treated with ST045849 (OGT inhibitor) or atrasentan (ET(A) antagonist). ET-1 as well as PugNAc (OGA inhibitor) augmented contractions to phenylephrine in endothelium-denuded rat aortas, an effect that was abolished by the Rho kinase inhibitor Y-27632. Incubation of VSMCs with ET-1 increased expression of the phosphorylated forms of myosin phosphatase target subunit 1 (MYPT-1), protein kinase C-potentiated protein phosphatase 1 inhibitor protein (protein kinase C-potentiated phosphatase inhibitor-17), and myosin light chain (MLC) and RhoA expression and activity, and this effect was abolished by both OGT siRNA transfection or OGT inhibition and atrasentan. ET-1 also augmented expression of PDZ-Rho GEF (guanine nucleotide exchange factor) and p115-Rho GEF in VSMCs and this was prevented by OGT siRNA, ST045849, and atrasentan. Conclusion We suggest that ET-1 augments O-GlcNAcylation and this modification contributes to increased vascular contractile responses via activation of the RhoA/Rho-kinase pathway.

Orchidopexy restores morphometric-stereologic changes in the caput epididymis and daily sperm production in cryptorchidic mice, although sperm transit time and fertility parameters remain impaired

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

Signaling Events During Cyclic Guanosine Monophosphate-Regulated Pigment Aggregation in Freshwater Shrimp Chromatophores

Crustacean color change results partly from granule aggregation induced by red pigment concentrating hormone (RPCH). In shrimp chromatophores, both the cyclic GMP (3', 5'-guanosine monophosphate) and Ca2+ cascades mediate pigment aggregation. However, the signaling elements upstream and downstream from cGMP synthesis by GC-S (cytosolic guanylyl cyclase) remain obscure. We investigate post-RPCH binding events in perfused red ovarian chromatophores to disclose the steps modulating cGMP concentration, which regulates granule translocation. The inhibition of calcium/calmodulin complex (Ca2+/CaM) by N-(6-aminohexyl)-5-chloro-1-naphthalenesulphonamide (W7) induces spontaneous aggregation but inhibits RPCH-triggered aggregation, suggesting a role in pigment aggregation and dispersion. Nitric oxide synthase inhibition by N omega-nitro-L-arginine methyl ester hydrochloride (L-NAME) strongly diminishes RPCH-induced aggregation; protein kinase G inhibition (by rp-cGMPs-triethylamine) reduces RPCH-triggered aggregation and provokes spontaneous dispersion, disclosing NO/PKG participation in aggregation signaling. Myosin light chain phosphatase inhibition (by cantharidin) accelerates RPCH-triggered aggregation, whereas Rho-associated protein kinase inhibition (by Y-27632, H-11522) reduces RPCH-induced aggregation and accelerates dispersion. MLCP (myosin light chain kinase) and ROCK (Rho-associated protein kinase) may antagonistically regulate myosin light chain (MLC) dephosphorylation/phosphorylation during pigment dispersion/aggregation. We propose the following general hypothesis for the cGMP/Ca2+ cascades that regulate pigment aggregation in crustacean chromatophores: RPCH binding increases Ca2+ (int), activating the Ca2+/CaM complex, releasing NOS-produced nitric oxide, and causing GC-S to synthesize cGMP that activates PKG, which phosphorylates an MLC activation site. Myosin motor activity is initiated by phosphorylation of an MLC regulatory site by ROCK activity and terminated by MLCP-mediated dephosphorylation. Qualitative comparison reveals that this signaling pathway is conserved in vertebrate and invertebrate chromatophores alike.

5-Hydroxytryptamine-4 receptor messenger ribonucleic acid levels and densities in gastrointestinal muscle layers from healthy dairy cows

Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) is involved in gastrointestinal tract (GIT) motor functions through binding to specific receptors located in the GIT walls. The objectives of the current study were to compare mRNA levels and binding sites of 5-HT(4) receptors (5-HTR(4)) in smooth muscle layers from the fundus abomasi, pylorus, ileum, cecum, proximal loop of the ascending colon (PLAC), and external loop of the spiral colon (ELSC) of healthy dairy cows, and to verify whether mRNA and protein expression were correlated. Smooth muscle samples were prepared by scraping the mucosa and submucosa from full-thickness intestinal wall samples. The mRNA levels of 5-HTR(4) were measured by real-time PCR and expressed relative to those of the housekeeping gene glyceraldehyde phosphate dehydrogenase. Binding studies were performed using the 5-HTR(4) antagonist [(3)H]GR113808. The mRNA levels of 5-HTR(4) were affected (P < 0.05) by location along the GIT. The mRNA levels of 5-HTR(4) in the ELSC and the ileum were greater than in the PLAC (P = 0.05 and P = 0.07, respectively) but similar to those of all other locations. The competitive binding of [(3)H]GR113808 to suspended membranes from the fundus abomasi, pylorus, cecum, and ELSC was best fit by a 2-site receptor model, whereas it was best fit by a 1-site receptor model in the ileum and PLAC. The mRNA levels and numbers of 5-HTR(4) were not correlated (r = 0.14; P = 0.71). In conclusion, mRNA and binding sites for 5-HTR(4) are present in the smooth muscle layer of the entire GIT of dairy cows and may play a role with respect to motility. The effects of activation of this receptor subtype may be different among GIT locations due to differences in the amount of high- relative to low-affinity binding sites.

Messenger RNA levels and binding sites of muscarinic acetylcholine receptors in gastrointestinal muscle layers from healthy dairy cows

Acetylcholine interacts with muscarinic receptors (M) to mediate gastrointestinal (GI) smooth muscle contractions. We have compared mRNA levels and binding sites of M(1)to M(5) in muscle tissues from fundus abomasi, pylorus, ileum, cecum, proximal loop of the ascending colon (PLAC), and external loop of the spiral colon (ELSC) of healthy dairy cows. The mRNA levels were measured by quantitative RT-PCR. The inhibition of [(3)H]-QNB (1-quinuclidinyl-[phenyl-4-(3)H]-benzilate) binding by M antagonists [atropine (M(1 - 5)), pirenzepine (M(1)), methoctramine (M(2)), 4-DAMP (M(3)), and tropicamide (M(4))] was used to identify receptors at the functional level. Maximal binding (B(max)) was determined through saturation binding with atropine as a competitor. The mRNA levels of M(1), M(2), M(3), and M(5) represented 0.2, 48, 50, and 1.8%, respectively, of the total M population, whereas mRNA of M(4) was undetectable. The mRNA levels of M(2) and of M(3) in the ileum were lower (P < 0.05) than in other GI locations, which were similar among each other. Atropine, pirenzepine, methoctramine, and 4-DAMP inhibited [(3)H]-QNB binding according to an either low- or high-affinity receptor pattern, whereas tropicamide had no effect on [(3)H]-QNB binding. The [(3)H]-QNB binding was dose-dependent and saturable. B(max) in fundus, pylorus, and PLAC was lower (P < 0.05) than in the ELSC, and in the pylorus lower (P < 0.05) than in the ileum. B(max) and mRNA levels were negatively correlated (r = -0.3; P < 0.05). In conclusion, densities of M are different among GI locations, suggesting variable importance of M for digestive functions along the GI tract.

Hydrostatic intestinal edema induced signaling pathways: potential role of mechanical forces.

BACKGROUND: Hydrostatic intestinal edema initiates a signal transduction cascade that results in smooth muscle contractile dysfunction. Given the rapid and concurrent alterations in the mechanical properties of edematous intestine observed with the development of edema, we hypothesize that mechanical forces may serve as a stimulus for the activation of certain signaling cascades. We sought to examine whether isolated similar magnitude mechanical forces induced the same signal transduction cascades associated with edema. METHODS: The distal intestine from adult male Sprague Dawley rats was stretched longitudinally for 2 h to 123% its original length, which correlates with the interstitial stress found with edema. We compared wet-to-dry ratios, myeloperoxidase activity, nuclear signal transduction and activator of transcription (STAT)-3 and nuclear factor (NF)-kappa B DNA binding, STAT-3 phosphorylation, myosin light chain phosphorylation, baseline and maximally stimulated intestinal contractile strength, and inducible nitric oxide synthase (iNOS) and sodium hydrogen exchanger 1-3 messenger RNA (mRNA) in stretched and adjacent control segments of intestine. RESULTS: Mechanical stretch did not induce intestinal edema or an increase in myeloperoxidase activity. Nuclear STAT-3 DNA binding, STAT-3 phosphorylation, and nuclear NF-kappa B DNA binding were significantly increased in stretched seromuscular samples. Increased expression of sodium hydrogen exchanger 1 was found but not an increase in iNOS expression. Myosin light chain phosphorylation was significantly decreased in stretched intestine as was baseline and maximally stimulated intestinal contractile strength. CONCLUSION: Intestinal stretch, in the absence of edema/inflammatory/ischemic changes, leads to the activation of signaling pathways known to be altered in intestinal edema. Edema may initiate a mechanotransductive cascade that is responsible for the subsequent activation of various signaling cascades known to induce contractile dysfunction.