GLUT2 surface expression and intracellular transport via the constitutive pathway in pancreatic beta cells and insulinoma: evidence for a block in trans-Golgi network exit by brefeldin A.

The biosynthesis, intracellular transport, and surface expression of the beta cell glucose transporter GLUT2 was investigated in isolated islets and insulinoma cells. Using a trypsin sensitivity assay to measure cell surface expression, we determined that: (a) greater than 95% of GLUT2 was expressed on the plasma membrane; (b) GLUT2 did not recycle in intracellular vesicles; and (c) after trypsin treatment, reexpression of the intact transporter occurred with a t1/2 of approximately 7 h. Kinetics of intracellular transport of GLUT2 was investigated in pulse-labeling experiments combined with glycosidase treatment and the trypsin sensitivity assay. We determined that transport from the endoplasmic reticulum to the trans-Golgi network (TGN) occurred with a t1/2 of 15 min and that transport from the TGN to the plasma membrane required a similar half-time. When added at the start of a pulse-labeling experiment, brefeldin A prevented exit of GLUT2 from the endoplasmic reticulum. When the transporter was first accumulated in the TGN during a 15-min period of chase, but not following a low temperature (22 degrees C) incubation, addition of brefeldin A (BFA) prevented subsequent surface expression of the transporter. This indicated that brefeldin A prevented GLUT2 exit from the TGN by acting at a site proximal to the 22 degrees C block. Together, these data demonstrate that GLUT2 surface expression in beta cells is via the constitutive pathway, that transport can be blocked by BFA at two distinct steps and that once on the surface, GLUT2 does not recycle in intracellular vesicles.

Isolated congenital atrioventricular block diagnosed in utero: natural history and outcome.

BACKGROUND: Isolated congenital atrioventricular block (CAVB) diagnosed in utero is associated with a high morbidity and mortality. Prognosis is especially poor when heart rate drops below 55 beats per minute (bpm) and when fetal hydrops develops. We describe the natural history and outcome of 24 infants with isolated CAVB diagnosed in utero, review the literature, and assess the risk factors that could predict outcome. METHODS: This was a retrospective multicenter study of 24 patients with isolated CAVB diagnosed in utero. RESULTS: CAVB was detected at a mean gestational age (GA) of 24.7 +/- 5.1 weeks. Ten fetuses initially presented with complete heart block. Low heart rate or incomplete heart block was the first documentation of bradyarrhythmia in the other 14 fetuses. In 11 of them, CAVB developed during pregnancy after a median time of 3 (range 1-16) weeks. Fetal hydrops developed in 10 of 24 (42%) fetuses at a mean GA of 27.6 +/- 5.1 weeks. Hydropic fetuses showed lower heart rates during pregnancy (47 +/- 10 bpm) than non-hydropic fetuses (57 +/- 10 bpm). There were three intrauterine deaths; all were hydropic and female. Nine viable females and 12 males were born at a mean GA of 37.1 +/- 6.1 weeks with an average birth weight of 3097 +/- 852 g. Fifteen CAVB patients required pacemaker (PM) intervention, 10 of them immediately after birth. Dilated cardiomyopathy (DCM) developed in three infants of whom two died of congestive heart failure, shortly after the diagnosis was made; one is still alive. Mortality before or after birth was 21%, and was associated with heart rates below 50 bpm and development of fetal hydrops. Poor outcome, defined as death, PM implantation, or development of DCM, occurred in 83% of cases and was associated with heart rates below 60 bpm during pregnancy. CONCLUSIONS: Isolated CAVB diagnosed in utero is associated with high morbidity and mortality. Patients who develop fetal hydrops show lower heart rates during pregnancy than patients who do not. A fetal heart rate below 50 bpm and development of fetal hydrops is associated with increased mortality. Rates below 60 bpm are associated with PM requirement and/or DCM.

Light and electron microscopy of Myxobolus sciades n. sp. (Myxozoa), a parasite of the gills of the Brazilian fish Sciades herzbergii (Block, 1794) (Teleostei: Ariidae)

A myxosporean parasite in the gill lamellae of the freshwater teleost fish, Sciades herzbergii (Ariidae) (Block, 1794), from the Poti River (Northeast of Brazil) was described by light and electron microscopy studies. Polysporic histozoic cyst-like plasmodia containing several life-cycle stages, including mature spores, were observed. The spores were pyriform and uninucleate, measuring 9.15 ± 0.39 μm (n = 50) long, 4.36 ± 0.23 μm (n = 25) wide and 2.61 ± 0.31 μm (n = 25) thick. Elongated pyriform polar capsules (PC) were of equal size (4.44 ± 0.41 μm long and 1.41 ± 0.42 μm in diameter) and each contained a polar filament with 9-10 coils obliquely arranged in relation to the axis of PC. The PC wall was composed of two layers of different electron densities. Histological analysis revealed the close contact of the cyst-like plasmodia with the basal portion of the epithelial gill layer, which exhibited some alterations in the capillary vessels. Based on the morphological and ultrastructural differences, the similarity of the spore features to those of the genus Myxobolus and the specificity of this host to previously described species, we describe a new species named Myxobolus sciades n. sp. in this study.

Perinatal Hypoxia Enhances Cyclic Adenosine Monophosphate-mediated BKCa Channel Activation in Adult Murine Pulmonary Artery.

Exposure to perinatal hypoxia results in alteration of the adult pulmonary circulation, which is linked among others to alterations in K channels in pulmonary artery (PA) smooth muscle cells. In particular, large conductance Ca-activated K (BKCa) channels protein expression and activity were increased in adult PA from mice born in hypoxia compared with controls. We evaluated long-term effects of perinatal hypoxia on the cyclic adenosine monophosphate (cAMP)/protein kinase A (PKA) pathway-mediated activation of BKCa channels, using isoproterenol, forskolin, and dibutyryl-cAMP. Whole-cell outward current was higher in pulmonary artery smooth muscle cells from mice born in hypoxia compared with controls. Spontaneous transient outward currents, representative of BKCa activity, were present in a greater proportion in pulmonary artery smooth muscle cells of mice born in hypoxia than in controls. Agonists induced a greater relaxation in PA of mice born in hypoxia compared with controls, and BKCa channels contributed more to the cAMP/PKA-mediated relaxation in case of perinatal hypoxia. In summary, perinatal hypoxia enhanced cAMP-mediated BKCa channels activation in adult murine PA, suggesting that this pathway could be a potential target for modulating adult pulmonary vascular tone after perinatal hypoxia.

Single-injection or continuous femoral nerve block for total knee arthroplasty?

BACKGROUND: The ideal local anesthetic regime for femoral nerve block that balances analgesia with mobility after total knee arthroplasty (TKA) remains undefined. QUESTIONS/PURPOSES: We compared two volumes and concentrations of a fixed dose of ropivacaine for continuous femoral nerve block after TKA to a single injection femoral nerve block with ropivacaine to determine (1) time to discharge readiness; (2) early pain scores and analgesic consumption; and (3) functional outcomes, including range of motion and WOMAC scores at the time of recovery. METHODS: Ninety-nine patients were allocated to one of three continuous femoral nerve block groups for this randomized, placebo-controlled, double-blind trial: a high concentration group (ropivacaine 0.2% infusion), a low concentration group (ropivacaine 0.1% infusion), or a placebo infusion group (saline 0.9% infusion). Infusions were discontinued on postoperative Day (POD) 2. The primary outcome was time to discharge readiness. Secondary outcomes included opioid consumption, pain, and functional outcomes. Ninety-three patients completed the study protocol; the study was halted early because of unanticipated changes to pain protocols at the host institution, by which time only 61% of the required number of patients had been enrolled. RESULTS: With the numbers available, the mean time to discharge readiness was not different between groups (high concentration group, 62 hours [95% confidence interval [CI], 51-72 hours]; low concentration group, 73 hours [95% CI, 63-83 hours]; placebo infusion group 65 hours [95% CI, 56-75 hours]; p = 0.27). Patients in the low concentration group consumed significantly less morphine during the period of infusion (POD 1, high concentration group, 56 mg [95% CI, 42-70 mg]; low concentration group, 35 mg [95% CI, 27-43 mg]; placebo infusion group, 48 mg [95% CI, 38-59 mg], p = 0.02; POD 2, high concentration group, 50 mg [95% CI, 41-60 mg]; low concentration group, 33 mg [95% CI, 24-42 mg]; placebo infusion group, 39 mg [95% CI, 30-48 mg], p = 0.04); however, there were no important differences in pain scores or opioid-related side effects with the numbers available. Likewise, there were no important differences in functional outcomes between groups. CONCLUSIONS: Based on this study, which was terminated prematurely before the desired sample size could be achieved, we were unable to demonstrate that varying the concentration and volume of a fixed-dose ropivacaine infusion for continuous femoral nerve block influences time to discharge readiness when compared with a conventional single-injection femoral nerve block after TKA. A low concentration of ropivacaine infusion can reduce postoperative opioid consumption but without any important differences in pain scores, side effects, or functional outcomes. These pilot data may be used to inform the statistical power of future randomized trials. LEVEL OF EVIDENCE: Level II, therapeutic study. See Guidelines for Authors for a complete description of levels of evidence.

Investigation into in vitro anti-leishmanial combinations of calcium channel blockers and current anti-leishmanial drugs

The need for drug combinations to treat visceral leishmaniasis (VL) arose because of resistance to antimonials, the toxicity of current treatments and the length of the course of therapy. Calcium channel blockers (CCBs) have shown anti-leishmanial activity; therefore their use in combination with standard drugs could provide new alternatives for the treatment of VL. In this work, in vitro isobolograms of Leishmania (Leishmania) chagasi using promastigotes or intracellular amastigotes were utilised to identify the interactions between five CCBs and the standard drugs pentamidine, amphotericin B and glucantime. The drug interactions were assessed with a fixed ratio isobologram method and the fractional inhibitory concentrations (FICs), sum of FICs (ΣFICs) and the overall mean ΣFIC were calculated for each combination. Graphical isobologram analysis showed that the combination of nimodipine and glucantime was the most promising in amastigotes with an overall mean ΣFIC value of 0.79. Interactions between CCBs and the anti-leishmanial drugs were classified as indifferent according to the overall mean ΣFIC and the isobologram graphic analysis.

A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Role of the epithelial sodium channel (ENaC) and its positive regulator, the channel-activating protease 1 (CAP1) in skin

Summary: The mammalian epidermis is a pluristratified epithelium composed of 90% keratinocytes, and its main function is to serve as barrier for the body. The epithelial sodium channel (ENaC), formed by three homologous subunits α, β and γ is found in a variety of epithelia including epidermis. Previous studies showed that ENaC modulates different aspects of epidermal differentiation, such as synthesis of differentiation-specific proteins and lipid secretion. ENaC plays also a critical role in sodium homeostasis of renal and pulmonary epithelia, and its activity is thereby well controlled by hormones and non-hormonal factors, such as the serine protease CAP1 (channel-activating protease 1), also termed prostasin encoded by Prss8 gene. Serine proteases are proteolytic enzymes involved in numerous physiological and pathological processes in the epidermis. In order to evaluate the role of β and γENaC in epidermis, we analyzed the skin phenotype of β and γENaC null mutant (βENaC-/- and γENaC-/-) mice in comparison with the phenotype of αENaC-deficient mice. Furthermore, keratin14-specific CAP1-deficient mice (Prss8lox/Δ /K14-Cre) were generated in order to unveil the role of the serine protease CAP1 in epidermal development and function. This study reveals that the skin phenotype of βENaC and γENaC null mutant mice is less severe than the one of αENaC-deficient mice. However, all these mice present a common premature lipid secretion in the mid-granular layer of the epidermis. Further, the composition of the lipids of the stratum corneum in αENaC-deficient mice is strongly altered, suggesting that epidermal barrier function is compromised. K14-specific CAP1-deficient newborn mice are born at the expected Mendelian ratio, but die soon after birth, showing that CAP1 is required for postnatal survival. The epidermis of these mice exhibits striking malformations of the stratum corneum showing hyperkeratosis. These defects seriously affect both inward and outward epidermal barrier function, leading to rapid and fatal dehydration. As in αENaC-deficient mice, the lipid composition of the stratum corneum of K14-specific CAP1-deficient mice is disturbed. Furthermore, lack of CAP1 leads to the selective loss of filaggrin monomers, important for keratins aggregation and skin moisturization, and to an increased of aberrant profilaggrin precursors. In conclusion, both ENaC and CAP1 expression in the epidermis are crucial for keratinocyte differentiation processes and/or barrier function. Since the abnormalities in K14-specific CAP1-deficient mice resemble key features of human skin ichthyosis, in particular Harlequin ichthyosis, the study of ENaC and CAP1 mutant mice might allow new insights into mechanisms underlying skin diseases. Résumé: L'épiderme des mammifères est un épithélium pluristratifié, protégeant le corps contre les perturbations extérieures et la déshydratation. Le canal épithélial à sodium (ENaC), formé de trois sous-unités α, β et γ, est exprimé dans de nombreux épithélia, comme l'épiderme. Des études ont montré que l'absence de la sous-unité αENaC modulait différents aspects de la différenciation des kératinocytes de l'épiderme, comme la synthèse de protéines spécifiques ou la sécrétion de lipides dans la couche granulaire de l'épiderme. ENaC joue également un rôle crucial dans l'homéostasie du sodium dans les épithélia électriquement étanches, comme l'épithélium rénal ou pulmonaire. L'activité de ENaC est par conséquent finement régulée, en partie par des hormones, mais aussi par des facteurs non-hormonaux, telle que la sérine protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 >>) (nommée également prostasine et codée par le gène Prss8). Le but de ce travail a donc été d'étudier le rôle des sous-unités β et γENaC dans l'épiderme en comparaison avec celui de la sous-unité α en utilisant des souris mutantes βENaC-/- et γENaC-/-. Dans un deuxième temps, le phénotype d'une souris chez qui CAP1 a été spécifiquement invalidé dans l'épiderme (Prsslox/Δ/K14-Cre) a été analysé, dans le but de mettre en évidence le rôle de cette protéase dans l'épiderme. Comme déjà montré pour les souris αENaC-/-, la sécrétion des lipides dans la couche granulaire de l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/- est prématurée. Cependant, l'hyperplasie et l'expression anormale des protéines marqueurs de la différenciation présents chez les souris αENaC-/- n'ont pas été observés dans l'épiderme des souris βENaC-/- et γENaC-/-. La composition lipidique de la couche cornée des souris αENaC-/- est fortement altérée suggérant que la fonction de barrière de l'épiderme de ces souris est compromise. Les souris mutantes CAP1 ont quant à elles révélé des malformations sévères de leur couche cornée, affectant la fonction de barrière de leur épiderme et conduisant à la mort de ces souris par déshydratation quelques jours après leur naissance. De plus, la composition en lipides de la couche cornée ainsi que la taille des cellules cornées, les cornéocytes, de ces souris sont modifiées par rapport aux souris contrôles. L'invalidation de la protéine CAP1 dans l'épiderme conduit aussi à la perte de la filaggrine, une protéine cruciale pour l'agrégation des kératines dans la couche cornée et le maintien du niveau d'hydratation de la peau, et à l'accumulation de ses précurseurs. En conclusion, l'expression de ENaC et de CAP1 est cruciale pour la différenciation de l'épiderme et/ou sa fonction de barrière. De plus, le phénotype des souris mutantes CAP1 présente des caractéristiques qui ressemblent à celles observées dans certaines pathologies humaines cutanées, comme l'ichthyose d'Harlequin. L'étude des souris mutantes ENaC et CAP1 pourrait donc apporter de nouvelles connaissances dans les mécanismes impliqués dans l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies de la peau chez l'homme. Résumé tout public: La peau est le plus grand organe vital du corps humain. Sa fonction principale est de protéger le corps comme une barrière, contre les agressions extérieures et la déshydratation. De nombreuses maladies de la peau résultent d'une perte de fonction de cette barrière. Bien que les pathologies cutanées soient très bien décrites, leur cause génétique n'est en général pas encore connue. La souris est alors un modèle de choix pour la recherche fondamentale. En effet, grâce aux progrès récents de la science, le génome de la souris peut aujourd'hui être modifié dans le but d'étudier le rôle de nombreuses protéines. Dans différents organes, comme le rein et le poumon, le canal épithélial à sodium (ENaC), composé de trois sous-unités protéiques homologues (α, β, et γ), joue un rôle essentiel dans la réabsorption du sodium. L'activité de ENaC est régulée par de nombreux facteurs hormonaux et non-hormonaux, telle que la protéase CAP1 (« channel-activating protease 1 »). L'invalidation de la sous-unité αENaC chez la souris a permis de montrer que dans la peau, le canal ENaC est impliqué dans la différenciation des cellules de l'épiderme et la croissance des poils. Durant ce travail, le phénotype des souris chez qui la protéine βENaC, γENaC ou CAP1 a été invalidée (souris mutantes), a été étudié dans le but de mieux comprendre le rôle des sous-unités du canal ENaC et de son régulateur CAP1 dans la peau. Les résultats de ce projet ont montré que les souris mutantes βENaC et γENaC présentent un épiderme anormal avec une synthèse prématurée de lipides dans la couche granulaire, suggérant l'implication de ENaC dans la fonction de barrière de la peau. De plus, quand CAP1 est invalidé de manière totale chez les souris, le développement embryonnaire est perturbé et ces souris meurent avant la naissance. CAP1 a donc été invalidé spécifiquement dans l'épiderme des souris. Ces souris mutantes « épiderme-spécifique » naissent normalement, mais meurent peu après la naissance de déshydratation. La couche superficielle de l'épiderme, appelée couche cornée, de ces souris est malformée et ne confère plus à la peau sa fonction de barrière. De plus, les composants de la couche cornée, les cellules cornées entourées de lipides, sont sévèrement altérés. Le phénotype de ces souris ressemble aux caractéristiques présentes chez les patients atteints d'ichthyoses, en particulier l'ichthyose d'Harlequin. En conclusion, le canal ENaC ainsi que son régulateur CAP1 jouent un rôle clé dans les processus de différenciation de l'épiderme et/ou de sa fonction de barrière. De plus, les souris mutantes pour CAP1 et ENaC se révéleront peut-être comme des modèles appropriés dans l'étude de l'ichthyose d'Harlequin ou d'autres maladies cutanées.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Acid-sensing ion channels : modulation by serine-proteases and involvement in acid-induced action potential generation in hippocampal neurons

SUMMARY Acid-sensing ion channels (ASICs) are non-voltage gated sodium channels. They are activated by rapid extracellular acidification and generate an inactivating inward current. Four ASIC genes have been cloned: ASIC1, 2, 3 and 4, with variants a and b for ASIC1and AS1C2. ASICs are expressed in neurons of the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS). In the CNS, ASICs have a role in learning, memory, as well as in neuronal death in ischemia. In the PNS, ASICs are involved in the perception of acid-induced pain, as well as in mechanoperception. In one part of my thesis project, we addressed the question of the mechanism of regulation of ASIC1 a by the serine protease trypsin at the molecular level. Trypsin modifies the function of ASIC1 a but not of ASIC1b. In order to identify the channel region responsible for this effect, we created chimeras between ASIC1 a and 1b. Subsequently, to identify the exact trypsin target(s), we mutated predicted trypsin sites in the region identified by the chimera. In the second part of a project, we investigated the role of ASICs at the cellular level, in neuronal signaling. Using the whole-cell patch clamp in hippocampal neuronal culture, we studied the potential involvement of ASICs in action potential (AP) generation. In the first part of the thesis work, we showed that trypsin modifies ASIC1a function: it shifts the pH activation and the steady-state inactivation curve towards more acidic values and accelerates the time course of the channel recovery from inactivation. We also showed that trypsin cleaves ASIC1a and that the functional effect and a channel cleavage correlate. In the inactivated state, channels cannot be modified by trypsin. Cleavage occurs in a channel region that is also important for inactivation of all ASICs; a part of this region is critical for the inhibition of ASIC1 a by the spider toxin Psalmotoxin1. In the second part of the thesis work, we showed that ASIC activity can modulate AP generation. ASIC activity by itself can induce trains of APs. In situations in which this activity by itself is not sufficient to induce APs, it can contribute to AP generation. During high neuronal activity, ASIC activity can block already existing trains of APs. In conclusion, depending on the activity of neuron in a particular moment, ASICs can differently modulate AP generation; they can induce, facilitate or inhibit APs. We also showed that trypsin changes the capability of ASICs to modulate AP generation by shifting the pH dependence to more acidic values, which adapts channel gating to pH conditions which may occur in pathological conditions such as ischemia. Our finding that trypsin modifies ASIC1 a function identifies a novel pharmacological tool, and proposes a mechanism of ASIC1a regulation that may have a physiological importance. The identification of the exact site of trypsin action gives insight to the molecular mechanisms of ASIC regulation. This work proposes a role in modulation of AP generation for ASICs in the CNS. RESUME Les canaux ASIC sont les canaux ioniques activés par l'acidification rapide extracellulaire. Activés, ils génèrent un courant entrant qui inactive en présence de stimulus acide. Quatre gènes ASIC ont été clonés, ASIC1, 2, 3 et 4, avec les variants a et b pour ASIC1 et 2. Les ASICs sont exprimés dans les neurones du système nerveux central (SNC) et périphérique (SNP). Dans le SNC, les ASIC ont un rôle dans le mémoire, apprentissage et la mort neuronale dans t'ischémie. Dans le SNP, ils ont un rôle dans la perception de la douleur et méchanosensation. Dans une partie de mon projet de thèse, nous avons étudié les mécanismes de la régulation d'ASIC1a par la sérine-protéase trypsine au niveau moléculaire. La trypsine modifie la fonction d'ASIC1a et pas ASIC1b. Nous avons créé les chimères entre ASIC1 a et 1 b, afin d'identifier la région du canal responsable pour l'effet. Pour identifier le(s) site(s) exactes de l'action de la trypsine, nous avons muté les sites potentiels de la trypsine dans la région identifiée par les chimères. Dans la deuxième partie du projet, nous avons étudié le rôle des ASICs au niveau cellulaire. En utilisant la technique du patch clamp dans les cultures des neurones de l'hippocampe, nous avons étudié l'implication des ASICs dans la génération des potentiels d'action (PA). Nous avons montré que la trypsine agit sur le canal ASIC1a ; elle décale l'activation et « steady-state » inactivation vers les valeurs plus acides, et elle raccourcit le temps du « recovery » du canal. La trypsine coupe ASIC1a sur le résidu K145 et l'effet fonctionnel et la coupure corrèlent. Nous avons identifié la région du canal responsable pour l'inactivation de tous les ASICs ; une partie de cette région est responsable pour ['inhibition d'ASIC1 a par la Psalmotoxinel . Nous avons montré que les ASICs peuvent moduler la génération des PAs. L'activité des ASICs peut induire les trains des PAs. Quand l'activité des ASICs n'est pas suffisante pour induire le PA, elle peut contribuer à sa génération. Pendant l'activité neuronale forte, l'activité des ASICs peut bloquer les trains des PAs qui existent déjà. En conclusion, dépendant de l'activité neuronale, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs différemment ; ils peuvent induire, faciliter ou inhiber les PAs. La trypsine change la capacité des ASICs de moduler les PAs. Après l'action de la trypsine, les ASICs peuvent moduler la génération des PAs dans les conditions légèrement acides, suivies par les fluctuations du pH acide, qui peuvent exister dans l'ischémie. Le fait que la trypsine agit sur ASIC1a définit l'outil pharmacologique et propose le mécanisme de la régulation d'ASICI a qui pourrait avoir l'importance physiologique. L'identification du site de l'action de la trypsine éclaircit les mécanismes moléculaires de la régulation des ASICs. Cette étude propose un rôle des ASICs dans la modulation de la génération des PAs. Résumé pour le public large Les neurones sont les cellules de système nerveux dont la fonction est la signalisation. Comme toutes les autres cellules, les neurones ont une membrane qui sépare l'intérieur du milieu extérieur. Cette membrane est imperméable pour des particules chargées (ions). Dans cette membrane existent les protéines spécifiques, « canaux », qui permettent le transport des ions d'un côté de la membrane à l'autre, comme réponse aux stimuli différents. Ce transport des ions à travers la membrane génère un courant, qu'on peut mesurer. Ce courant est la base de la communication entre les neurones, ou, ce qu'on appelle la signalisation neuronale. Quand ce courant est suffisamment grand, il permet la génération du potentiel d'action, qui est le message principal de communication neuronale. Les canaux ASIC (acid-sensing ion channel), que nous étudions dans le laboratoire, sont activés par les acides. Les acides sont relâchés dans beaucoup de situations dans le système nerveux. Les ASIC ont été découverts récemment (en 1996), et nous ne connaissons pas encore très bien toutes les fonctions de ces canaux. Nous savons qu'ils ont un rôle dans le mémoire, apprentissage, la sensation de la douleur et l'infarctus cérébral. Dans la première partie de ce projet de thèse, nous avons voulu mieux comprendre comment fonctionnent ces canaux. Pour faire ça, nous avons étudié la régulation des ASICs par une protéine, trypsine, qui coupe le canal ASIC. Nous avons étudié ou exactement la trypsine coupe le canal et quels effets ça produit sur la fonction du canal. Dans la deuxième partie du projet de thèse, nous avons voulu mieux connaître comment le canal fonctionne au niveau de la cellule, comment il interagit avec les autres canaux et si il a un rôle dans la génération des potentiels d'action. Nous avons pu montrer que la trypsine change la fonction du canal, ce qui lui permet de fonctionner différemment. Nous avons aussi déterminé ou exactement ta trypsine coupe le canal. Au niveau de la cellule, nous avons montré que les ASIC peuvent moduler la génération des potentiels d'action, étant, dépendant de l'activité du neurone, soit activateurs, soit inhibiteurs. La trypsine est une molécule qui peut être libérée dans le système nerveux pendant certaines conditions, comme l'infarctus cérébral. A cause de ça, les connaissances que la trypsine agit sur le anal ASIC pourraient être important physiologiquement. La connaissance de l'endroit exacte ou la trypsine coupe le canal nous aide à mieux comprendre la relation structure-fonction du canal. La modulation de la génération des potentiels d'actions par les ASIC indique que ces canaux peuvent avoir un rôle important dans la signalisation neuronale.

Is the effect of inguinal field block with 0.5 % bupivacaine on postoperative pain after hernia repair enhanced by addition of ketorolac or S(+) ketamine ?

Résumé Malgré l'apparition de nouvelles techniques chirurgicales dites « sans tension », l'antalgie post-opératoire après cure de hernie inguinale reste un défi pour les anesthésiologistes. Récemment on a suggéré que l'addition de ketamine ou d'un anti-inflammatoire non-stéroïdien (AINS) à un anesthésique local pourrait améliorer et prolonger l'analgésie postopératoire. Le but de cette étude, à laquelle ont participé 36 patients ASA I-II, était d'évaluer si la coadministration de S(+) ketamine ou de ketorolac renforcerait les effets analgésiques de la bupivacaïne après cure ambulatoire de hernie inguinale sous anesthésie générale. L'analgésie a consisté en une infiltration de la plaie associé à un bloc inguinal avec soit 30 ml de bupivacaïne 0,5 % (n=12), soit 27 ml de bupivacaïne 0,5 % + 3 ml de S(+) ketamine (75 mg) (n=12), soit 28 ml de bupivacaïne 0,5 % + 2 ml de ketorolac (60 mg) (n=12). La prise orale d'antalgique en phase postopératoire était standardisée. L'intensité des douleurs a été évaluée au moyen d'une échelle visuelle analogique (EVA), d'un score verbal d'estimation et par algométrie de pression respectivement 2, 4, 6, 24 et 48 heures après l'intervention. Les trois groupes de patients ont présenté le score de douleur évalué par EVA le plus élevé à 24 heures, score significativement différent de ceux mesurés à 6 et 48 heures (P <0.05). A part une sensation de douleurs significativement moindre (score verbal d'estimation) dans le groupe ketorolac à 24 et 48 heures et seulement à 48 heures dans le groupe ketamine, il n'y avait aucune autre différence entre les groupes pour la durée de l'étude (48 heures) en ce qui concerne les scores de douleur, les seuils de douleur à la pression ou la prise postopératoire d'antalgiques « de secours ». En conclusion, l'addition de S(+) ketamine ou de ketorolac, n'améliore que marginalement l'effet analgésique de la bupivacaïne. Ceci peut-être mis en relation avec la technique de cure de hernie « sans tension » induisant un bas niveau de douleur postopératoire. Abstract Objective: The aim of the study was to assess whether coadministration of S(±) ketamine or ketorolac would enhance or prolong local analgesic effect of bupivacaine after inguinal hernia repair. Design: Prospective double-blind randomized study evaluating pain intensity after surgery under general anesthesia. Setting: Outpatient facilities of the University Hospital of Lausanne. Patient: Thirty-six ASA I-II outpatients scheduled for elective day-case inguinal herniorraphy. Intervention: Analgesia strategy consisted of a wound infiltration and an inguinal field block either with 30 mL bupivacairie (0.5%) or with the same volume of a mixture of 27 mL bupivacaine (0.5%) + 3 mL S(+) ketamine (75 mg) or a 28 mL bupivacaine (0.5%) + 2 ML ketorolac (60 mg). Postoperative analgesic regimen was standardized. Outcome Measures: Pain intensity was assessed with a Visual Analog Seale, a verbal rating score, and by pressure algometry 2, 4, 6, 24, and 48 hours after surgery. Results: The 3 groups of patients experienced the highest Visual Analog Scale pain score at 24 hours, which was different from those at 6 and 48 hours (P < 0.05). Apart from a significantly lower pain sensation (verbal rating score) in the ketorolac group at 24 and 48 hours and only at 48 hours with ketamine, there were no other differences in pain scores, pain pressure thresholds, or rescue analgesic consumption between groups throughout the 48-hour study period. Conclusion: The addition of S (+)-ketamine or ketorolac only minimally improves the analgesic effect of bupivacaine. This may be related to the tension-free hernia repair technique associated with low postoperative pain.

Congenital ataxia and hemiplegic migraine with cerebral edema associated with a novel gain of function mutation in the calcium channel CACNA1A.

Mutations in the CACNA1A gene, encoding the α1 subunit of the voltage-gated calcium channel Ca(V)2.1 (P/Q-type), have been associated with three neurological phenotypes: familial and sporadic hemiplegic migraine type 1 (FHM1, SHM1), episodic ataxia type 2 (EA2), and spinocerebellar ataxia type 6 (SCA6). We report a child with congenital ataxia, abnormal eye movements and developmental delay who presented severe attacks of hemiplegic migraine triggered by minor head traumas and associated with hemispheric swelling and seizures. Progressive cerebellar atrophy was also observed. Remission of the attacks was obtained with acetazolamide. A de novo 3 bp deletion was found in heterozygosity causing loss of a phenylalanine residue at position 1502, in one of the critical transmembrane domains of the protein contributing to the inner part of the pore. We characterized the electrophysiology of this mutant in a Xenopus oocyte in vitro system and showed that it causes gain of function of the channel. The mutant Ca(V)2.1 activates at lower voltage threshold than the wild type. These findings provide further evidence of this molecular mechanism as causative of FHM1 and expand the phenotypic spectrum of CACNA1A mutations with a child exhibiting severe SHM1 and non-episodic ataxia of congenital onset.

Antischistosomal activity of a calcium channel antagonist on schistosomula and adult Schistosoma mansoni worms

Current schistosomiasis control strategies are largely based on chemotherapeutic agents and a limited number of drugs are available today. Praziquantel (PZQ) is the only drug currently used in schistosomiasis control programs. Unfortunately, this drug shows poor efficacy in patients during the earliest infection phases. The effects of PZQ appear to operate on the voltage-operated Ca2+channels, which are located on the external Schistosoma mansoni membrane. Because some Ca2+channels have dihydropyridine drug class (a class that includes nifedipine) sensitivity, an in vitro analysis using a calcium channel antagonist (clinically used for cardiovascular hypertension) was performed to determine the antischistosomal effects of nifedipine on schistosomula and adult worm cultures. Nifedipine demonstrated antischistosomal activity against schistosomula and significantly reduced viability at all of the concentrations used alone or in combination with PZQ. In contrast, PZQ did not show significant efficacy when used alone. Adult worms were also affected by nifedipine after a 24 h incubation and exhibited impaired motility, several lesions on the tegument and intense contractility. These data support the idea of Ca2+channels subunits as drug targets and favour alternative therapeutic schemes when drug resistance has been reported. In this paper, strong arguments encouraging drug research are presented, with a focus on exploring schistosomal Ca2+channels.

Functional Characterization of a Novel Frameshift Mutation in the C-terminus of the Nav1.5 Channel Underlying a Brugada Syndrome with Variable Expression in a Spanish Family.

INTRODUCTION We functionally analyzed a frameshift mutation in the SCN5A gene encoding cardiac Na(+) channels (Nav1.5) found in a proband with repeated episodes of ventricular fibrillation who presented bradycardia and paroxysmal atrial fibrillation. Seven relatives also carry the mutation and showed a Brugada syndrome with an incomplete and variable expression. The mutation (p.D1816VfsX7) resulted in a severe truncation (201 residues) of the Nav1.5 C-terminus. METHODS AND RESULTS Wild-type (WT) and mutated Nav1.5 channels together with hNavβ1 were expressed in CHO cells and currents were recorded at room temperature using the whole-cell patch-clamp. Expression of p.D1816VfsX7 alone resulted in a marked reduction (≈90%) in peak Na(+) current density compared with WT channels. Peak current density generated by p.D1816VfsX7+WT was ≈50% of that generated by WT channels. p.D1816VfsX7 positively shifted activation and inactivation curves, leading to a significant reduction of the window current. The mutation accelerated current activation and reactivation kinetics and increased the fraction of channels developing slow inactivation with prolonged depolarizations. However, late INa was not modified by the mutation. p.D1816VfsX7 produced a marked reduction of channel trafficking toward the membrane that was not restored by decreasing incubation temperature during cell culture or by incubation with 300 μM mexiletine and 5 mM 4-phenylbutirate. CONCLUSION Despite a severe truncation of the C-terminus, the resulting mutated channels generate currents, albeit with reduced amplitude and altered biophysical properties, confirming the key role of the C-terminal domain in the expression and function of the cardiac Na(+) channel.

Epithelial Na+ channel mutants causing Liddle's syndrome retain ability to respond to aldosterone and vasopressin.

Liddle's syndrome is a monogenic form of hypertension caused by mutations in the PY motif of the COOH terminus of beta- and gamma-epithelial Na+ channel (ENaC) subunits. These mutations lead to retention of active channels at the cell surface. Because of the critical role of this PY motif in the stability of ENaCs at the cell surface, we have investigated its contribution to the ENaC response to aldosterone and vasopressin. Mutants of the PY motif in beta- and gamma-ENaC subunits (beta-Y618A, beta-P616L, beta-R564stop, and gamma-K570stop) were stably expressed by retroviral gene transfer in a renal cortical collecting duct cell line (mpkCCDcl4), and transepithelial Na+ transport was assessed by measurements of the benzamil-sensitive short-circuit current (Isc). Cells that express ENaC mutants of the PY motif showed a five- to sixfold higher basal Isc compared with control cells and responded to stimulation by aldosterone (10(-6) M) or vasopressin (10(-9) M) with a further increase in Isc. The rates of the initial increases in Isc after aldosterone or vasopressin stimulation were comparable in cells transduced with wild-type and mutant ENaCs, but reversal of the effects of aldosterone and vasopressin was slower in cells that expressed the ENaC mutants. The conserved sensitivity of ENaC mutants to stimulation by aldosterone and vasopressin together with the prolonged activity at the cell surface likely contribute to the increased Na+ absorption in the distal nephron of patients with Liddle's syndrome.