Mechanisms involved in calcium oxalate endocytosis by Madin-Darby canine kidney cells

Calcium oxalate (CaOx) crystals adhere to and are internalized by tubular renal cells and it seems that this interaction is related (positively or negatively) to the appearance of urinary calculi. The present study analyzes a series of mechanisms possibly involved in CaOx uptake by Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells. CaOx crystals were added to MDCK cell cultures and endocytosis was evaluated by polarized light microscopy. This process was inhibited by an increase in intracellular calcium by means of ionomycin (100 nM; N = 6; 43.9% inhibition; P<0.001) or thapsigargin (1 µM; N = 6; 33.3% inhibition; P<0.005) administration, and via blockade of cytoskeleton assembly by the addition of colchicine (10 µM; N = 8; 46.1% inhibition; P<0.001) or cytochalasin B (10 µM; N = 8; 34.2% inhibition; P<0.001). Furthermore, CaOx uptake was reduced when the activity of protein kinase C was inhibited by staurosporine (10 nM; N = 6; 44% inhibition; P<0.01), or that of cyclo-oxygenase by indomethacin (3 µM; N = 12; 17.2% inhibition; P<0.05); however, the uptake was unaffected by modulation of potassium channel activity with glibenclamide (3 µM; N = 6), tetraethylammonium (1 mM; N = 6) or cromakalim (1 µM; N = 6). Taken together, these data indicate that the process of CaOx internalization by renal tubular cells is similar to the endocytosis reported for other systems. These findings may be relevant to cellular phenomena involved in early stages of the formation of renal stones.

Chi-square analysis of the reduction of ATP levels in L-02 hepatocytes by hexavalent chromium

This study explored the reduction of adenosine triphosphate (ATP) levels in L-02 hepatocytes by hexavalent chromium (Cr(VI)) using chi-square analysis. Cells were treated with 2, 4, 8, 16, or 32 μM Cr(VI) for 12, 24, or 36 h. Methyl thiazolyl tetrazolium (MTT) experiments and measurements of intracellular ATP levels were performed by spectrophotometry or bioluminescence assays following Cr(VI) treatment. The chi-square test was used to determine the difference between cell survival rate and ATP levels. For the chi-square analysis, the results of the MTT or ATP experiments were transformed into a relative ratio with respect to the control (%). The relative ATP levels increased at 12 h, decreased at 24 h, and increased slightly again at 36 h following 4, 8, 16, 32 μM Cr(VI) treatment, corresponding to a "V-shaped" curve. Furthermore, the results of the chi-square analysis demonstrated a significant difference of the ATP level in the 32-μM Cr(VI) group (P < 0.05). The results suggest that the chi-square test can be applied to analyze the interference effects of Cr(VI) on ATP levels in L-02 hepatocytes. The decreased ATP levels at 24 h indicated disruption of mitochondrial energy metabolism and the slight increase of ATP levels at 36 h indicated partial recovery of mitochondrial function or activated glycolysis in L-02 hepatocytes.

Participation of the NO/cGMP/K+ATP pathway in the antinociception induced by Walker tumor bearing in rats

Implantation of Walker 256 tumor decreases acute systemic inflammation in rats. Inflammatory hyperalgesia is one of the most important events of acute inflammation. The L-arginine/NO/cGMP/K+ATP pathway has been proposed as the mechanism of peripheral antinociception mediated by several drugs and physical exercise. The objective of this study was to investigate a possible involvement of the NO/cGMP/K+ATP pathway in antinociception induced in Walker 256 tumor-bearing male Wistar rats (180-220 g). The groups consisted of 5-6 animals. Mechanical inflammatory hypernociception was evaluated using an electronic version of the von Frey test. Walker tumor (4th and 7th day post-implantation) reduced prostaglandin E2- (PGE2, 400 ng/paw; 50 µL; intraplantar injection) and carrageenan-induced hypernociception (500 µg/paw; 100 µL; intraplantar injection). Walker tumor-induced analgesia was reversed (99.3% for carrageenan and 77.2% for PGE2) by a selective inhibitor of nitric oxide synthase (L-NAME; 90 mg/kg, ip) and L-arginine (200 mg/kg, ip), which prevented (80% for carrageenan and 65% for PGE2) the effect of L-NAME. Treatment with the soluble guanylyl cyclase inhibitor ODQ (100% for carrageenan and 95% for PGE2; 8 µg/paw) and the ATP-sensitive K+ channel (KATP) blocker glibenclamide (87.5% for carrageenan and 100% for PGE2; 160 µg/paw) reversed the antinociceptive effect of tumor bearing in a statistically significant manner (P < 0.05). The present study confirmed an intrinsic peripheral antinociceptive effect of Walker tumor bearing in rats. This antinociceptive effect seemed to be mediated by activation of the NO/cGMP pathway followed by the opening of KATP channels.

The hydrogen sulfide donor, Lawesson's reagent, prevents alendronate-induced gastric damage in rats

Our objective was to investigate the protective effect of Lawesson's reagent, an H2S donor, against alendronate (ALD)-induced gastric damage in rats. Rats were pretreated with saline or Lawesson's reagent (3, 9, or 27 µmol/kg, po) once daily for 4 days. After 30 min, gastric damage was induced by ALD (30 mg/kg) administration by gavage. On the last day of treatment, the animals were killed 4 h after ALD administration. Gastric lesions were measured using a computer planimetry program, and gastric corpus pieces were assayed for malondialdehyde (MDA), glutathione (GSH), proinflammatory cytokines [tumor necrosis factor (TNF)-α and interleukin (IL)-1β], and myeloperoxidase (MPO). Other groups were pretreated with glibenclamide (5 mg/kg, ip) or with glibenclamide (5 mg/kg, ip)+diazoxide (3 mg/kg,ip). After 1 h, 27 µmol/kg Lawesson's reagent was administered. After 30 min, 30 mg/kg ALD was administered. ALD caused gastric damage (63.35±9.8 mm2); increased levels of TNF-α, IL-1β, and MDA (2311±302.3 pg/mL, 901.9±106.2 pg/mL, 121.1±4.3 nmol/g, respectively); increased MPO activity (26.1±3.8 U/mg); and reduced GSH levels (180.3±21.9 µg/g). ALD also increased cystathionine-γ-lyase immunoreactivity in the gastric mucosa. Pretreatment with Lawesson's reagent (27 µmol/kg) attenuated ALD-mediated gastric damage (15.77±5.3 mm2); reduced TNF-α, IL-1β, and MDA formation (1502±150.2 pg/mL, 632.3±43.4 pg/mL, 78.4±7.6 nmol/g, respectively); lowered MPO activity (11.7±2.8 U/mg); and increased the level of GSH in the gastric tissue (397.9±40.2 µg/g). Glibenclamide alone reversed the gastric protective effect of Lawesson's reagent. However, glibenclamide plus diazoxide did not alter the effects of Lawesson's reagent. Our results suggest that Lawesson's reagent plays a protective role against ALD-induced gastric damage through mechanisms that depend at least in part on activation of ATP-sensitive potassium (KATP) channels.

Étude moléculaire des mécanismes d’action de potentiateurs du canal CFTR sur le canal KCa3.1

Les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires sécrètent du Cl- via le canal CFTR. La fibrose kystique est une maladie génétique fatale causée par des mutations de ce canal. La mutation la plus fréquente en Amérique du Nord, ∆F508, met en péril la maturation de la protéine et affecte les mécanismes d’activation du canal. Au cours des dernières années, plusieurs molécules ont été identifiées par criblage à haut débit qui peuvent rétablir l’activation de protéines CFTR mutées. Ces molécules sont nommées potentiateurs. Les canaux K+ basolatéraux, dont KCa3.1, jouent un rôle bien documenté dans l’établissement d’une force électromotrice favorable à la sécrétion de Cl- par CFTR dans les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires. Il a par exemple été démontré que l’application de 1-EBIO, un activateur de KCa3.1, sur des monocouches T84 résulte en une augmentation soutenue de la sécrétion de Cl- et que cette augmentation était réversible suite à l’application de CTX, un inhibiteur de KCa3.1(Devor et al., 1996). Dans le cadre d’une recherche de potentiateurs efficaces en conditions physiologiques et dans un contexte global de transport trans-cellulaire, il devient essentiel de considérer les effets des potentiateurs de CFTR sur KCa3.1. Une caractérisation électrophysiologique par la méthode du patch clamp et structurelle via l’utilisation de canaux modifiés par mutagenèse dirigée de différents potentiateurs de CFTR sur KCa3.1 fut donc entreprise afin de déterminer l’action de ces molécules sur l’activité de KCa3.1 et d’en établir les mécanismes. Nous présentons ici des résultats portant sur les effets sur KCa3.1 de quelques potentiateurs de CFTR possédant différentes structures. Un criblage des effets de ces molécules sur KCa3.1 a révélé que la genisteine, le SF-03, la curcumine et le VRT-532 ont des effets inhibiteurs sur KCa3.1. Nos résultats suggèrent que le SF-03 pourrait agir sur une protéine accessoire et avoir un effet indirect sur KCa3.1. La curcumine aurait aussi une action inhibitrice indirecte, probablement via la membrane cellulaire. Nos recherches sur les effets du VRT-532 ont montré que l’accessibilité au site d’action de cette v molécule est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1. L’absence d’effets inhibiteurs de VRT-532 sur le mutant constitutivement actif V282G indique que cette molécule pourrait agir via l’interaction CaM-KCa3.1 et nécessiter la présence de Ca2+ pour agir. Par ailleurs, un autre potentiateur de CFTR, le CBIQ, a des effets potentiateurs sur KCa3.1. Nos résultats en canal unitaire indiquent qu’il déstabilise un état fermé du canal. Nos travaux montrent aussi que CBIQ augmente la probabilité d’ouverture de KCa3.1 en conditions sursaturantes de Ca2+, ainsi que son affinité apparente pour le Ca2+. Des expériences où CBIQ est appliqué en présence ou en absence de Ca2+ ont indiqué que l’accessibilité à son site d’action est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1, mais que la présence de Ca2+ est nécessaire à son action. Ces résultats sont compatibles avec une action de CBIQ déstabilisant un état fermé du canal. Finalement, des expériences en Ba2+ nous ont permis d’investiguer la région du filtre de sélectivité de KCa3.1 lors de l’action de CBIQ et nos résultats pointent vers une action de CBIQ dans cette région. Sur la base de nos résultats nous concluons que CBIQ, un potentiateur de CFTR, aurait un effet activateur sur KCa3.1 via la déstabilisation d’un état fermé du canal à travers une action sur sa ‘gate’ au niveau du filtre de sélectivité. De plus, les potentiateurs de CFTR ayant montré des effets inhibiteurs sur KCa3.1 pourraient agir via la membrane ou via une protéine accessoire du canal ou sur l’interaction CaM-KCa3.1. Dans l’optique de traitements potentiels de la fibrose kystique, nos résultats indiquent que le CBIQ pourrait être un potentiateur efficace pusiqu’il est capable de trimuler à la fois KCa3.1 et CFTR. Par contre, dans les cas du VRT-532 et du SF-03, une inhibition de KCa3.1 pourraient en faire des potentiateurs moins efficaces.

Impact de facteurs sanguins et d'agents thérapeutiques sur la survie de fibroblastes de sujets atteints de la forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC)

La forme canadienne-française du syndrome de Leigh (LSFC) est une maladie métabolique associée à une déficience en cytochrome oxydase (COX) et caractérisée par des crises d’acidose lactique, menant à une mort prématurée. Les mécanismes qui sous-tendent l’induction des crises restent inconnus et il n’existe aucune thérapie efficace pour les prévenir. Cette étude vise à caractériser l'effet de facteurs métaboliques périphériques potentiellement altérés chez les patients LSFC sur la mort de lignées cellulaires issues de ces patients et de témoins puis, à identifier des agents thérapeutiques pouvant la prévenir. Nous postulons que (i) ces facteurs métaboliques induiront une mort prématurée des cellules de patients et que (ii) les interventions susceptibles de la prévenir pallieront les conséquences de la déficience en COX, soit la diminution des taux d’adénosine triphosphate (ATP) et l’augmentation du stress oxydant, du nicotinamide adénine dinucléotide (NADH) et des lipides toxiques. Un criblage de 8 facteurs sanguins et 10 agents thérapeutiques a été réalisé. Les paramètres mesurés incluent la nécrose, l’apoptose, l’ATP et l’activité de la COX. Les fibroblastes LSFC sont plus susceptibles à la mort par nécrose (39±6%) induite par du palmitate plus lactate, un effet associé à des niveaux d’ATP diminués (53±8%). La mort cellulaire est réduite de moitié par l’ajout combiné d’agents ciblant le NADH, l’ATP et les lipides toxiques, alors que l’ajout d’antioxydants l’augmente. Ainsi, un excès de nutriments pourrait induire la mort prématurée des cellules LSFC et, pour atténuer cette mort, il serait important de combiner plusieurs interventions ciblant différents mécanismes.

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.

L'implication des tubules T dans la repolarisation ventriculaire chez la souris

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Études de type structure fonction des mutations causant l’ataxie épisodique de type I sur les canaux potassiques dépendants du voltage

Les ataxies épisodiques (EA) d’origine génétique sont un groupe de maladies possédant un phénotype et génotype hétérogènes, mais ont en commun la caractéristique d’un dysfonctionnement cérébelleux intermittent. Les EA de type 1 et 2 sont les plus largement reconnues des ataxies épisodiques autosomiques dominantes et sont causées par un dysfonctionnement des canaux ioniques voltage-dépendants dans les neurones. La présente étude se concentrera sur les mutations causant l'EA-1, retrouvées dans le senseur de voltage (VSD) de Kv1.1, un canal très proche de la famille des canaux Shaker. Nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques de six mutations différentes à la position F244 et partiellement celles des mutations T284 A/M, R297 K/Q/A/H, I320T, L375F, L399I et S412 C/I dans la séquence du Shaker grâce à la technique du ‘’cut open voltage clamp’’ (COVC). Les mutations de la position F244 situées sur le S1 du canal Shaker sont caractérisées par un décalement des courbes QV et GV vers des potentiels dépolarisants et modifient le couplage fonctionnel entre le domaine VSD et le pore. Un courant de fuite est observé durant la phase d'activation des courants transitoires et peut être éliminé par l'application du 4-AP (4-aminopyridine) ou la réinsertion de l'inactivation de type N mais pas par le TEA (tétraéthylamonium). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la stabilisation d’un état intermédiaire, nous avons étudié séparément la neutralisation des trois premières charges positives du S4 (R1Q, R2Q et R3Q). Il en est ressorti l’existence d’une interaction entre R2 et F244. Une seconde interface entre S1 et le pore proche de la surface extracellulaire agissant comme un second point d'ancrage et responsable des courants de fuite a été mis en lumière. Les résultats suggèrent une anomalie du fonctionnement du VSD empêchant la repolarisation normale de la membrane des cellules nerveuses affectées à la suite d'un potentiel d'action.

Régulation du complexe constitutif formé par le récepteur opioïde delta et le canal potassique de la famille Kir3

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces dans le traitement des douleurs sévères. Ils produisent leurs effets en ciblant spécifiquement les récepteurs opioïdes localisés tout le long de la voie de perception de la douleur où ils modulent la transmission de l'information douloureuse. La plupart des études dans ce domaine essaient de caractériser les récepteurs opioïdes à l'état isolé de tout partenaire de signalisation. Cette thèse, par contre, montre que le récepteur opioïde delta (DOR) peut former un complexe avec sa protéine G et l'un de ses effecteurs impliqués dans la production de l'effet analgésique, le canal potassique à rectification entrante activée par les protéines G (Kir3 ou GIRK). Après avoir établi la présence de ce complexe constitutif, on a ensuite caractérisé sa stabilité, modulation et régulation suite à une stimulation avec des agonistes opioïdes. En premier lieu, on a caractérisé la transmission de l'information du récepteur DOR, suite à son activation par un agoniste, vers le canal Kir3. On a remarqué que cette transmission ne suit pas le modèle de collision, généralement accepté, mais nécessite plutôt un simple changement dans la conformation du complexe préformé. Ensuite, on a déterminé que même suite à l'activation prolongée du récepteur DOR par un agoniste complet, le complexe DOR/Kir3 maintenait son intégrité et a été reconnu par la βarrestine (βarr) comme une seule unité signalétique provoquant ainsi l'internalisation de DOR et Kir3 par un mécanisme clathrine et dynamine-dépendant. Ainsi, prises ensemble, ces données montrent que l'activation du récepteur DOR déclenche non seulement l'activation de l'effecteur Kir3 mais également un mécanisme de régulation qui élimine cet effecteur de la membrane plasmique.

Enfoque del paciente con sospecha de neuroinfección en urgencias

Las infecciones del sistema nervioso son importantes fuentes de morbilidad y mortalidad en el mundo, debido a diferentes factores como son el amplio uso de antibióticos que aunque contribuyen con éxito al manejo de infecciones, pero el mal uso por automedicación o tratamientos incompletos favorecen la emergencia de organismos resistentes y la existencia de “mimos infecciosos” que incluyen el síndrome de reconstitución inflamatoria (IRIS). Adicionalmente el crecimiento de las poblaciones inmunocomprometidas por el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) y por tratamientos agresivos para trasplante sólido o hematopoyético han mejorado la sobrevida de diferentes tipos de malignidades y alteraciones reumatológicas pero son poblaciones que tienen más susceptibilidad a contraer infecciones y encefalitis mediadas inmunológicamente, como son la encefalomielitis diseminada aguda (ADEM) o la encefalitis contra el receptor de N-metil-D aspartato (NMDA).

Tissue culture propagation alters plant-microbe interactions in tobacco rhizosphere

We have compared properties of roots from different lines (genotypes) of tobacco raised either in tissue culture or grown from seed. The different lines included unmodified plants and plants modified to express reduced activity of the enzyme cinnamoyl-CoA reductase, which has a pivotal role in lignin biosynthesis. The size and structure of the rhizosphere microbial community, characterized by adenosine triphosphate and phospholipid fatty acid analyses, were related to root chemistry (specifically the soluble carbohydrate concentration) and decomposition rate of the roots. The root material from unmodified plants decomposed faster following tissue culture compared with seed culture, and the faster decomposing material had significantly higher soluble carbohydrate concentrations. These observations are linked to the larger microbial biomass and greater diversity of the rhizosphere communities of tissue culture propagated plants.

Tissue culture propagation alters plant-microbe interactions in tobacco rhizosphere

We have compared properties of roots from different lines (genotypes) of tobacco raised either in tissue culture or grown from seed. The different lines included unmodified plants and plants modified to express reduced activity of the enzyme cinnamoyl-CoA reductase, which has a pivotal role in lignin biosynthesis. The size and structure of the rhizosphere microbial community, characterized by adenosine triphosphate and phospholipid fatty acid analyses, were related to root chemistry (specifically the soluble carbohydrate concentration) and decomposition rate of the roots. The root material from unmodified plants decomposed faster following tissue culture compared with seed culture, and the faster decomposing material had significantly higher soluble carbohydrate concentrations. These observations are linked to the larger microbial biomass and greater diversity of the rhizosphere communities of tissue culture propagated plants.

Ketamine, propofol, and the EEG: A neural field analysis of HCN1-mediated interactions

Ketamine and propofol are two well-known, powerful anesthetic agents, yet at first sight this appears to be their only commonality. Ketamine is a dissociative anesthetic agent, whose main mechanism of action is considered to be N-methyl-D-aspartate (NMDA) antagonism; whereas propofol is a general anesthetic agent, which is assumed to primarily potentiate currents gated by γ-aminobutyric acid type A (GABAA) receptors. However, several experimental observations suggest a closer relationship. First, the effect of ketamine on the electroencephalogram (EEG) is markedly changed in the presence of propofol: on its own ketamine increases θ (4–8 Hz) and decreases α (8–13 Hz) oscillations, whereas ketamine induces a significant shift to beta band frequencies (13–30 Hz) in the presence of propofol. Second, both ketamine and propofol cause inhibition of the inward pacemaker current Ih, by binding to the corresponding hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated potassium channel 1 (HCN1) subunit. The resulting effect is a hyperpolarization of the neuron’s resting membrane potential. Third, the ability of both ketamine and propofol to induce hypnosis is reduced in HCN1-knockout mice. Here we show that one can theoretically understand the observed spectral changes of the EEG based on HCN1-mediated hyperpolarizations alone, without involving the supposed main mechanisms of action of these drugs through NMDA and GABAA, respectively. On the basis of our successful EEG model we conclude that ketamine and propofol should be antagonistic to each other in their interaction at HCN1 subunits. Such a prediction is in accord with the results of clinical experiment in which it is found that ketamine and propofol interact in an infra-additive manner with respect to the endpoints of hypnosis and immobility.

Eag 1, Eag 2 and Kcnn3 gene brain expression of isolated reared rats

The Eag1 and Eag2, voltage-dependent potassium channels, and the small-conductance calcium-activated potassium channel (Kcnn3) are highly expressed in limbic regions of the brain, where their function is still unknown. Eag1 co-localizes with tyrosine hydroxilase enzyme in the substantia nigra and ventral tegmental area. Kcnn3 deficiency leads to enhanced serotonergic and dopaminergic neurotransmission accompanied by distinct alterations in emotional behaviors. As exposure to stress is able to change the expression and function of several ion channels, suggesting that they might be involved in the consequences of stress, we aimed at investigating Eag 1, Eag2 and Kcnn3 mRNA expression in the brains of rats submitted to isolation rearing. As the long-lasting alterations in emotional and behavioral regulation after stress have been related to changes in serotonergic neurotransmission, expressions of serotonin Htr1a and Htr2a receptors in male Wistar rats` brain were also investigated. Rats were reared in isolation or in groups of five for nine weeks after weaning. Isolated and socially reared rats were tested for exploratory activity in the open field test for 5 min and brains were processed for reverse-transcription coupled to quantitative polymerase chain reaction (qRT-PCR). Isolated reared rats showed decreased exploratory activity in the open field. Compared to socially reared rats, isolated rats showed reduced Htr2a mRNA expression in the striatum and brainstem and reduced Eag2 mRNA expression in all examined regions except cerebellum. To our knowledge, this is the first work to show that isolation rearing can change Eag2 gene expression in the brain. The involvement of this channel in stress-related behaviors is discussed.