Molecular biology of the kallikrein-kinin system: from structure to function

The participation of the kallikrein-kinin system, comprising the serine proteases kallikreins, the protein substrates kininogens and the effective peptides kinins, in some pathological processes like hypertension and cardiovascular diseases is still a matter of controversy. The use of different experimental set-ups in concert with the development of potent and specific inhibitors and antagonists for the system has highlighted its importance but the results still lack conclusivity. Over the last few years, transgenic and gene-targeting technologies associated with molecular biology tools have provided specific information about the elusive role of the kallikrein-kinin system in the control of blood pressure and electrolyte homeostasis. cDNA and genomic sequences for kinin receptors B2 and B1 from different species were isolated and shown to encode G-protein-coupled receptors and the structure and pharmacology of the receptors were characterized. Transgenic animals expressing an overactive kallikrein-kinin system were established to study the cardiovascular effects of these alterations and the results of these investigations further corroborate the importance of this system in the maintenance of normal blood pressure. Knockout animals for B2 and B1 receptors are available and their analysis also points to the role of these receptors in cardiovascular regulation and inflammatory processes. In this paper the most recent and relevant genetic animal models developed for the study of the kallikrein-kinin system are reviewed, and the advances they brought to the understanding of the biological role of this system are discussed.

Effect of policosanol on cerebral ischemia in Mongolian gerbils

Policosanol is a mixture of higher aliphatic primary alcohols isolated from sugar cane wax, whose main component is octacosanol. An inhibitory effect of policosanol on platelet aggregation and cerebral ischemia in animal models has been reported. Thus, the objective of the present study was to evaluate the effect of policosanol on cerebral ischemia induced by unilateral carotid ligation and bilateral clamping and recirculation in Mongolian gerbils. Policosanol (200 mg/kg) administered immediately after unilateral carotid ligation and at 12- or 24-h intervals for 48 h significantly inhibited mortality and clinical symptoms when compared with controls, whereas lower doses (100 mg/kg) were not effective. Control animals showed swelling (tissue vacuolization) and necrosis of neurons in all areas of the brain studied (frontal cortex, hippocampus, striatum and olfactory tubercle), showing a similar injury profile. In the group treated with 200 mg/kg policosanol swelling and necrosis were significantly reduced when compared with the control group. In another experimental model, comparison between groups showed that the brain water content of control gerbils (N = 15) was significantly higher after 15 min of clamping and 4 h of recirculation than in sham-operated animals (N = 13), whereas policosanol (200 mg/kg) (N = 19) significantly reduced the edema compared with the control group, with a cerebral water content identical to that of the sham-operated animals. cAMP levels in the brain of control-ligated Mongolian gerbils (N = 8) were significantly lower than those of sham-operated animals (N = 10). The policosanol-treated group (N = 10) showed significantly higher cAMP levels (2.68 pmol/g of tissue) than the positive control (1.91 pmol/g of tissue) and similar to those of non-ligated gerbils (2.97 pmol/g of tissue). In conclusion, our results show an anti-ischemic effect of policosanol administered after induction of cerebral ischemia, in two different experimental models in Mongolian gerbils, suggesting a possible therapeutic effect in cerebral vascular disorders.

Establishment of new murine embryonic stem cell lines for the generation of mouse models of human genetic diseases

Embryonic stem cells are totipotent cells derived from the inner cell mass of blastocysts. Recently, the development of appropriate culture conditions for the differentiation of these cells into specific cell types has permitted their use as potential therapeutic agents for several diseases. In addition, manipulation of their genome in vitro allows the creation of animal models of human genetic diseases and for the study of gene function in vivo. We report the establishment of new lines of murine embryonic stem cells from preimplantation stage embryos of 129/Sv mice. Most of these cells had a normal karyotype and an XY sex chromosome composition. The pluripotent properties of the cell lines obtained were analyzed on the basis of their alkaline phosphatase activity and their capacity to form complex embryoid bodies with rhythmically contracting cardiomyocytes. Two lines, USP-1 and USP-3, with the best in vitro characteristics of pluripotency were used in chimera-generating experiments. The capacity to contribute to the germ line was demonstrated by the USP-1 cell line. This cell line is currently being used to generate mouse models of human diseases.

Dose-related effects of propericiazine in rats

We evaluated the effects of the neuroleptic agent propericiazine on animal models of anxiety and memory. Adult male Wistar rats (250 to 350 g) received intraperitoneal injections of propericiazine (0.05, 0.075 and 0.1 mg/kg), diazepam (1 mg/kg), saline, or diazepam vehicle (20% propylene glycol and 80% saline) 30 min prior to the experimental procedure. Animals (10-15 for each task) were tested for step-down inhibitory avoidance (0.3-mA footshock) and habituation to an open-field for memory assessment, and submitted to the elevated plus-maze to evaluate the effects of propericiazine in a model of anxiety. Animals treated with 0.075 mg/kg propericiazine showed a reduction in anxiety measures (P<0.05) similar to that observed in those treated with diazepam. Propericiazine at the doses of 0.05 and 0.1 mg/kg had no significant anxiolytic effects (P>0.05) in the elevated plus-maze model of anxiety. Memory was not affected by propericiazine in any of the tests, but was impaired by diazepam. The results indicate a dose-related, inverse U-shaped effect of propericiazine in an anxiety model, but not on memory tasks, perhaps reflecting involvement of the dopaminergic system in the mechanisms of anxiety.

An experimental model of mycobacterial infection under corneal flaps

In order to develop a new experimental animal model of infection with Mycobacterium chelonae in keratomileusis, we conducted a double-blind prospective study on 24 adult male New Zealand rabbits. One eye of each rabbit was submitted to automatic lamellar keratotomy with the automatic corneal shaper under general anesthesia. Eyes were immunosuppressed by a single local injection of methyl prednisolone. Twelve animals were inoculated into the keratomileusis interface with 1 µl of 10(6) heat-inactivated bacteria (heat-inactivated inoculum controls) and 12 with 1 µl of 10(6) live bacteria. Trimethoprim drops (0.1%, w/v) were used as prophylaxis for the surgical procedure every 4 h (50 µl, qid). Animals were examined by 2 observers under a slit lamp on the 1st, 3rd, 5th, 7th, 11th, 16th, and 23rd postoperative days. Slit lamp photographs were taken to document clinical signs. Animals were sacrificed when corneal disease was detected and corneal samples were taken for microbiological analysis. Eleven of 12 experimental rabbits developed corneal disease, and M. chelonae could be isolated from nine rabbits. Eleven of the 12 controls receiving a heat-inactivated inoculum did not develop corneal disease. M. chelonae was not isolated from any of the control rabbits receiving a heat-inactivated inoculum, or from the healthy cornea of control rabbits. Corneal infection by M. chelonae was successfully induced in rabbits submitted to keratomileusis. To our knowledge, this is the first animal model of M. chelonae infection following corneal flaps for refractive surgery to be described in the literature and can be used for the analysis of therapeutic responses.

Comparison of voluntary ethanol intake by two pairs of rat lines used as genetic models of anxiety

The relationship between anxiety-related behaviors and voluntary ethanol intake was examined in two pairs of rat lines by the oral ethanol self-administration procedure. Floripa high (H) and low (L) rats selectively bred for contrasting anxiety responses in the open-field test, and two inbred strains, spontaneously hypertensive rats (SHR) and Lewis rats which are known to differ significantly when submitted to several behavioral tests of anxiety/emotionality, were used (9-10 animals/line/sex). No differences in the choice of ethanol solutions (2%, days 1-4, and 4%, days 5-8, respectively) in a 2-bottle paradigm were detected between Floripa H and L rats (1.94 ± 0.37 vs 1.61 ± 0.37 g/kg for ethanol intake on day 8 by the Floripa H and L rat lines, respectively). Contrary to expectations, the less anxious SHR rats consumed significantly more ethanol than Lewis rats (respective intake of 2.30 ± 0.45 and 0.72 ± 0.33 g/kg on day 8) which are known to be both addiction-prone and highly anxious. Regardless of strain, female rats consumed more ethanol than males (approximately 46%). The results showed no relationship between high anxiety and voluntary intake of ethanol for Floripa H and L rats. A negative association between these two variables, however, was found for SHR and Lewis rat strains. Data from the literature regarding the association between anxiety and alcohol intake in animal models are not conclusive, but the present results indicate that factors other than increased inborn anxiety probably lead to the individual differences in ethanol drinking behavior.

Pitfalls in the assessment of murine atherosclerosis

This review provides examples of the fact that different procedures for the measurement of atherosclerosis in mice may lead to interpretation of the extent of atherosclerosis having markedly different biological and clinical significance for humans: 1) aortic cholesterol measurement is highly sensitive for the detection of early and advanced atherosclerosis lesions, but misses the identification of the location and complexity of these lesions that are so critical for humans; 2) the histological analysis of the aortic root lesions in simvastatin-treated and control mice reveals similar lesion morphology in spite of the remarkable simvastatin-induced reduction of the aortic cholesteryl ester content; 3) in histological analyses, chemical fixation and inclusion may extract the tissue fat and also shrink and distort tissue structures. Thus, the method may be less sensitive for the detection of slight differences among the experimental groups, unless a more suitable procedure employing physical fixation with histological sample freezing using optimal cutting temperature and liquid nitrogen is employed. Thus, when measuring experimental atherosclerosis in mice, investigators should be aware of several previously unreported pitfalls regarding the extent, location and complexity of the arterial lesion that may not be suitable for extrapolation to human pathology.

Methodological approaches to planar and volumetric scintigraphic imaging of small volume targets with high spatial resolution and sensitivity

Single-photon emission computed tomography (SPECT) is a non-invasive imaging technique, which provides information reporting the functional states of tissues. SPECT imaging has been used as a diagnostic tool in several human disorders and can be used in animal models of diseases for physiopathological, genomic and drug discovery studies. However, most of the experimental models used in research involve rodents, which are at least one order of magnitude smaller in linear dimensions than man. Consequently, images of targets obtained with conventional gamma-cameras and collimators have poor spatial resolution and statistical quality. We review the methodological approaches developed in recent years in order to obtain images of small targets with good spatial resolution and sensitivity. Multipinhole, coded mask- and slit-based collimators are presented as alternative approaches to improve image quality. In combination with appropriate decoding algorithms, these collimators permit a significant reduction of the time needed to register the projections used to make 3-D representations of the volumetric distribution of target’s radiotracers. Simultaneously, they can be used to minimize artifacts and blurring arising when single pinhole collimators are used. Representation images are presented, which illustrate the use of these collimators. We also comment on the use of coded masks to attain tomographic resolution with a single projection, as discussed by some investigators since their introduction to obtain near-field images. We conclude this review by showing that the use of appropriate hardware and software tools adapted to conventional gamma-cameras can be of great help in obtaining relevant functional information in experiments using small animals.

Implication des endothélines et de leurs récepteurs vasculaires dans la circulation pulmonaire en condition contrôle et pathophysiologique

Le système endothéline (ET) est activé en condition d’hypertension pulmonaire (HTP). L’efficacité des antagonistes des récepteurs à l’ET a clairement été démontrée et a menée à l’approbation clinique de tels antagonistes dans le traitement de l’hypertension artérielle pulmonaire (HTAP). Toutefois, il existe présentement un important débat opposant l’utilisation d’un antagoniste sélectif des récepteur ETA à l’utilisation d’un antagoniste double ETA/ETB dans le traitement de cette pathologie. Bien que nous sachions que le système ET est activé et contribue à l’HTAP, les modifications locales de ce système induites par la pathologie, particulièrement au niveau des artères de résistance pulmonaires, demeurent inconnues. De plus, l’impact de ces modifications sur la réponse pharmacologique aux divers antagonistes des récepteurs à l’ET (sélectifs versus double) est d’une importance capitale. Ainsi, le but de la première étude de cette thèse était d’évaluer les modifications potentielles de la pharmacologie du système ET au niveau des artères de résistance pulmonaires induites par l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’en condition contrôle l’antagoniste sélectif ETA et l’antagoniste double n’ont eu aucun effet sur la réponse vasoconstrictrice à l’ET-1. Toutefois, en condition d’HTAP, les antagonistes sélectif et double ont tous deux été en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire induite par l’ET-1. Une diminution importante de l’expression génique du récepteur ETB pourrait être à l’origine de cette modification du profil pharmacologique des antagonistes. Une meilleure compréhension des rôles joués par les récepteurs ETA et ETB au niveau des artères de résistance pulmonaires pourrait permettre l’optimisation des traitements de l’HTAP. Ainsi, le but de la deuxième étude était d’évaluer les effets d’un traitement antisens ex vivo dirigé contre l’ARNm des récepteurs ETA et ETB dans la vasoconstriction des artères de résistance pulmonaires induite par l’ET-1. Dans cette étude, nous avons démontré dans un premier temps que les récepteurs ETA et ETB pouvaient former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires. De plus, nous avons observé qu’une réduction de l’expression protéique du R-ETA entraînait une potentialisation de la vasoconstriction ETB dépendante suggérant ainsi qu’en condition contrôle, le récepteur ETA aurait un effet inhibiteur sur la vasoconstriction pulmonaire induite par la stimulation du récepteur ETB. Les effets délétères de l’ET-1 sur la circulation pulmonaire sont bien connus, toutefois seules quelques études ont porté leur attention sur l’implication de l’ET-3 dans l’HTAP. Ainsi, le but de la troisième étude était d’évaluer l’implication potentielle de l’ET-3 dans l’HTAP. Dans cette étude, nous avons démontré qu’il était nécessaire en condition contrôle de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin de réduire la réponse vasoconstrictrice pulmonaire à l’ET-3. En condition d’HTAP, nous avons observé une augmentation non-significative des concentrations plasmatiques d’ET-3 ainsi qu’une modification du profil pharmacologique des antagonistes des récepteurs à l’ET. En effet, l’utilisation de l’antagoniste sélectif ETA ou de l’antagoniste double était dans les deux cas en mesure de réduire la vasoconstriction pulmonaire à l’ET-3. Les résultats de ces trois études suggèrent qu’il est préférable d’utiliser un antagoniste double dans le traitement de l’HTAP. En effet, (1) en condition d’HTAP, l’utilisation d’un antagoniste double est aussi efficace que l’utilisation d’un antagoniste sélectif ETA; (2) les récepteurs ETA et ETB peuvent former des dimères au niveau des artères de résistance pulmonaires et (3) le récepteur ETB joue un rôle prédominant dans la vasoconstriction pulmonaire, il semble donc essentiel de bloquer simultanément les récepteurs ETA et ETB afin d’inhiber la réponse vasoconstrictrice induite par l’ET. Mots-clés: endothéline-1, endothéline-3, artère de résistance pulmonaire, récepteur vasculaire, antagoniste des récepteurs à l’ET, dimérisation, phosphorothioate, hypertension artérielle pulmonaire

Étude d’un modèle murin de vieillissement sur la sténose valvulaire aortique

La sténose valvulaire aortique (SVA) est une pathologie associée au vieillissement et aux facteurs de risque cardiovasculaire. Afin d’étudier la SVA et d’explorer de nouvelles thérapies, plusieurs modèles animaux ont été récemment développés, mais la plupart de ces modèles ciblent les mécanismes de développement de la SVA reliés à l’hypercholestérolémie. Le syndrome de Werner (WS) est une maladie caractérisée par un vieillissement prématuré. Récemment, il a été découvert que des souris mutantes ayant une délétion du domaine hélicase du gène Werner, responsable du WS, démontraient un profile hémodynamique typique de la SVA. De ce fait, nous avons émis l’hypothèse que ces souris pourraient développer une SVA plus rapidement que des souris de type sauvage. Nous avons donc étudié les effets cette mutation chez des souris WrnΔhel/Δhel, en comparant le taux de progression d’une SVA entre des souris WrnΔhel/Δhel (WrnΔhel) et des souris de type sauvage comme groupe contrôle. À la suite d’une diète riche en sucre et en gras sur une période de 24 semaines, les souris WrnΔhel ont démontré une diminution plus prononcée de leur aire de valve aortique (mesures échocardiographiques) que les souris contrôles, supportée par les analyses histologiques concernant la fibrose des valves aortiques. Les souris n’ont toutefois développé aucun signe évident d’athérosclérose comme l’infiltration de lipides ou l’inflammation, bien que certaines caractéristiques liées à la dysfonction endothéliale semblent être augmentées chez les souris WrnΔhel. D’autres mesures échocardiographiques indiquant une SVA, comme une hypertrophie du ventricule gauche dans le groupe WrnΔhel, ont été obtenues. Nous avons aussi observé des indices de vieillissement plus marqués quant aux analyses sanguines et de la moelle osseuse des souris WrnΔhel en comparaison avec les souris contrôles. Par conséquent, ce modèle expérimental de vieillissement pourrait être utilisé pour les études futures sur la SVA sans les principaux effets athérogéniques des autres modèles expérimentaux.

Caractérisation d'un modèle animal de douleur articulaire associée à l'arthrose du genou chez le rat Sprague-Dawley

La douleur articulaire associée à l’arthrose est un problème clinique majeur, spécialement chez les personnes âgées. L’intensité de la douleur est souvent amplifiée lors de mouvement de l’articulation et principalement lors du soutien de la charge corporelle sur le membre lésé. Malheureusement, les traitements pharmacologiques proposés sont trop souvent associés à des effets secondaires néfastes et à une inefficacité pour le soulagement de la douleur à long terme. Divers modèles murins sont utilisés en laboratoire de recherche pour des études précliniques de molécules aux propriétés analgésiques. Une évaluation comparative de la réponse comportementale douloureuse des animaux d’un modèle d’instabilité articulaire induit par le sectionnement du ligament croisé antérieur accompagné d’une méniscectomie partielle (le modèle ACLT+pMMx) et d’un modèle de dégénérescence articulaire induite par le monoiodoacetate (le modèle MIA) a permis de sélectionner un modèle approprié pour la continuité du projet. Les deux modèles ont démontré des lésions tissulaires, mais le modèle MIA a démontré une réponse douloureuse plus prononcée que le modèle ACLT+pMMx. Par l’analyse de la démarche, le modèle MIA a démontré une boiterie claire dans le patron de la démarche des animaux qui est associée à une lésion unilatérale. Le modèle MIA a donc été choisi pour la suite du projet. La problématique principale dans la recherche sur la douleur associée à l’arthrose est une compréhension incomplète des mécanismes de douleur responsables de l’induction et du maintien de l’état de douleur. Il devient donc nécessaire d’améliorer nos connaissances de ces mécanismes en effectuant une caractérisation plus approfondie des modèles animaux employés pour l’évaluation de stratégies pharmacologiques analgésiantes. Afin de bien comprendre le modèle MIA, une caractérisation des événements moléculaires centraux lors de la progression du processus dégénératif des structures articulaires de ce modèle s’est effectuée aux jours 3, 7, 14, 21 et 28 post injection. Des mécanismes hétérogènes qui modulent l’information nociceptive en fonction de la progression temporelle de la pathologie ont été observés. Les changements du contenu i spinal des neuropeptides sélectionnés (substance P, CGRP, dynorphine A et Big dynorphine) ont débuté sept jours suivant l’injection de MIA. L’observation histologique a démontré que les dommages structuraux les plus importants surviennent entre les jours 14 et 21. C’est entre les jours 7 et 21 que les lésions démontrent le plus de similarités à la pathologie humaine. Cela suggère que lors d’une évaluation préclinique d’un traitement pharmacologique pour pallier la douleur articulaire utilisant le modèle MIA, l’étude doit tenir compte de ces événements afin de maximiser l’évaluation de son efficacité. Puisque les traitements pharmacologiques conventionnels proposés pour le soulagement de la douleur ne font pas l’unanimité en terme d’efficacité, d’effets non désirés et de coûts monétaires parfois onéreux, les molécules de dérivés de plante deviennent une alternative intéressante. L’eugénol, le principal constituant de l’huile de clou de girofle, a été administré oralement pour une période de 28 jours chez des rats ayant reçu l’injection intra-articulaire de MIA afin d’évaluer son efficacité pour le traitement de la douleur articulaire. L’eugénol à une dose de 40 mg/kg s’est révélé efficace pour l’amélioration du patron de la démarche des animaux ainsi que pour la diminution de l’allodynie mécanique secondaire. De plus, les concentrations spinales de neuropeptides pronocicepteurs ont diminué chez les animaux traités. Par une évaluation histopathologique, l’eugénol n’a démontré aucune évidence d’effets toxiques suite à une administration per os quotidienne pour une période prolongée. Ces résultats suggèrent le potentiel thérapeutique complémentaire de la molécule d’eugénol pour le traitement de la douleur articulaire.

Organisation et modulation du réseau neuronal de la respiration chez la lamproie.

Les mécanismes neuronaux contrôlant la respiration sont présentement explorés à l’aide de plusieurs modèles animaux incluant le rat et la grenouille. Nous avons utilisé la lamproie comme modèle animal nous permettant de caractériser les réseaux de neurones du tronc cérébral qui génèrent et modulent le rythme respiratoire. Nous avons d’abord caractérisé une nouvelle population de neurones, dans le groupe respiratoire paratrigéminal (pTRG), une région du tronc cérébral essentielle à la genèse du rythme respiratoire chez la lamproie. Les neurones de cette région sont actifs en phase avec le rythme respiratoire. Nous avons montré que ces neurones possèdent une arborisation axonale complexe, incluant des projections bilatérales vers les groupes de motoneurones du tronc cérébral qui activent les branchies ainsi que des connexions reliant les pTRG de chaque côté du tronc cérébral. Ces résultats montrent que le pTRG contient un groupe de cellules qui active les motoneurones respiratoires des deux côtés et qui pourrait être impliqué dans la synchronisation bilatérale du rythme respiratoire. Nous avons ensuite étudié les mécanismes neuronaux par lesquels le rythme respiratoire est augmenté en lien avec l’effort physique. Nous avons montré que la région locomotrice du mésencéphale (MLR), en plus de son rôle dans la locomotion, active les centres respiratoires pendant la nage, et même en anticipation. Les neurones de la MLR projetant vers les centres locomoteurs et respiratoires sont ségrégés anatomiquement, les neurones localisés plus dorsalement étant ceux qui possèdent des projections vers les centres respiratoires. Nous avons aboli la contribution de la partie dorsale de la MLR aux changements respiratoires en injectant des bloqueurs des récepteurs glutamatergiques localement, sur des préparations semi-intactes. Nous avons montré que lors d’épisodes de nage, une majeure partie de l’effet respiratoire est abolie par ces injections, suggérant un rôle prépondérant des neurones de cette région dans l’augmentation respiratoire pendant la locomotion. Nos résultats confirment que le rythme respiratoire est généré par une région rostrolatérale du pons de la lamproie et montrent que des connexions des centres locomoteurs arrivent directement à cette région et pourraient être impliquées dans l’augmentation respiratoire reliée à l’effort physique.

Comparison of epicardial mapping and noncontact endocardial mapping in dog experiments and computer simulations

La fibrillation auriculaire, l'arythmie la plus fréquente en clinique, affecte 2.3 millions de patients en Amérique du Nord. Pour en étudier les mécanismes et les thérapies potentielles, des modèles animaux de fibrillation auriculaire ont été développés. La cartographie électrique épicardique à haute densité est une technique expérimentale bien établie pour suivre in vivo l'activité des oreillettes en réponse à une stimulation électrique, à du remodelage, à des arythmies ou à une modulation du système nerveux autonome. Dans les régions qui ne sont pas accessibles par cartographie épicardique, la cartographie endocardique sans contact réalisée à l'aide d'un cathéter en forme de ballon pourrait apporter une description plus complète de l'activité auriculaire. Dans cette étude, une expérience chez le chien a été conçue et analysée. Une reconstruction électro-anatomique, une cartographie épicardique (103 électrodes), une cartographie endocardique sans contact (2048 électrodes virtuelles calculées à partir un cathéter en forme de ballon avec 64 canaux) et des enregistrements endocardiques avec contact direct ont été réalisés simultanément. Les systèmes d'enregistrement ont été également simulés dans un modèle mathématique d'une oreillette droite de chien. Dans les simulations et les expériences (après la suppression du nœud atrio-ventriculaire), des cartes d'activation ont été calculées pendant le rythme sinusal. La repolarisation a été évaluée en mesurant l'aire sous l'onde T auriculaire (ATa) qui est un marqueur de gradient de repolarisation. Les résultats montrent un coefficient de corrélation épicardique-endocardique de 0.8 (expérience) and 0.96 (simulation) entre les cartes d'activation, et un coefficient de corrélation de 0.57 (expérience) and 0.92 (simulation) entre les valeurs de ATa. La cartographie endocardique sans contact apparait comme un instrument expérimental utile pour extraire de l'information en dehors des régions couvertes par les plaques d'enregistrement épicardique.

Développement d’un nouveau modèle murin expérimental de sclérodermie

La sclérodermie (SSc) est une maladie rare affectant les personnes génétiquement prédisposées d’une réponse immunitaire défectueuse. Malgré les derniers avancements et développements dans le domaine, l’étiologie et la pathogénèse de la maladie demeurent peu comprises. Par ailleurs, il y a un ralentissement dans la compréhension de cette maladie à cause du manque de modèle animal représentatif de la SSc humaine. Malgré plusieurs lacunes, les souris traitées avec la bléomycine ou portant des modifications génétiques (TSK-1) sont très utilisées dans les études précliniques de la SSc mais elles ne présentent pas toutes les caractéristiques de cette maladie. Pour contribuer à la recherche sur la SSc, la stagiaire postdoctorale Dre Heena Mehta a développé dans le laboratoire du Dre Sarfati en collaboration avec le Dr Senécal, un modèle de souris expérimental induit par l’immunisation de cellules dendritiques (DCs) chargées de peptides de la protéine topoisomérase I (TOPOIA et TOPOIB). Dans le but de caractériser ce modèle murin et d’établir un profil immunitaire, j’ai concentré mes analyses principalement sur les caractéristiques de la SSc telles que la fibrose, l’inflammation, l’hyper-γ-globulinémie polyclonale, la vasculopathie ainsi que de l’expression de cytokines. Brièvement, l’immunisation de souris avec les DCs chargées avec la topoisomérase I (TOPOI) a induit l’inflammation pulmonaire et cutanée, en plus de la fibrose sous forme diffuse (dcSSc). Les souris présentaient également des symptômes de la vasculopathie ainsi que des taux élevés d’anticorps polyclonaux. Les résultats démontraient que les peptides TOPOIA étaient efficaces dans l’induction de la fibrose et de la réponse inflammatoire alors que les peptides TOPOIB étaient surtout impliqués dans la fibrose cutanée. En plus de nos résultats, les observations préliminaires sur le profil de cytokines tissulaires suggéraient que ce modèle pourrait remplacer ou complémenter les autres modèles animaux de SSc.

Investigation on key molecular targets responsible for antidiabetic properties of Symplocos cochinchinensis (Lour.) S. Moore

Diabetes mellitus is a heterogeneous metabolic disorder characterized by hyperglycemia with disturbances in carbohydrate, protein and lipid metabolism resulting from defects in insulin secretion, insulin action or both. Currently there are 387 million people with diabetes worldwide and is expected to affect 592 million people by 2035. Insulin resistance in peripheral tissues and pancreatic beta cell dysfunction are the major challenges in the pathophysiology of diabetes. Diabetic secondary complications (like liver cirrhosis, retinopathy, microvascular and macrovascular complications) arise from persistent hyperglycemia and dyslipidemia can be disabling or even life threatening. Current medications are effective for control and management of hyperglycemia but undesirable effects, inefficiency against secondary complications and high cost are still serious issues in the present prognosis of this disorder. Hence the search for more effective and safer therapeutic agents of natural origin has been found to be highly demanding and attract attention in the present drug discovery research. The data available from Ayurveda on various medicinal plants for treatment of diabetes can efficiently yield potential new lead as antidiabetic agents. For wider acceptability and popularity of herbal remedies available in Ayurveda scientific validation by the elucidation of mechanism of action is very much essential. Modern biological techniques are available now to elucidate the biochemical basis of the effectiveness of these medicinal plants. Keeping this idea the research programme under this thesis has been planned to evaluate the molecular mechanism responsible for the antidiabetic property of Symplocos cochinchinensis, the main ingredient of Nishakathakadi Kashayam, a wellknown Ayurvedic antidiabetic preparation. A general introduction of diabetes, its pathophysiology, secondary complications and current treatment options, innovative solutions based on phytomedicine etc has been described in Chapter 1. The effect of Symplocos cochinchinensis (SC), on various in vitro biochemical targets relevant to diabetes is depicted in Chapter 2 including the preparation of plant extract. Since diabetes is a multifactorial disease, ethanolic extract of the bark of SC (SCE) and its fractions (hexane, dichloromethane, ethyl acetate and 90 % ethanol) were evaluated by in vitro methods against multiple targets such as control of postprandial hyperglycemia, insulin resistance, oxidative stress, pancreatic beta cell proliferation, inhibition of protein glycation, protein tyrosine phosphatase-1B (PTP-1B) and dipeptidyl peptidase-IV (DPPxxi IV). Among the extracts, SCE exhibited comparatively better activity like alpha glucosidase inhibition, insulin dependent glucose uptake (3 fold increase) in L6 myotubes, pancreatic beta cell regeneration in RIN-m5F and reduced triglyceride accumulation in 3T3-L1 cells, protection from hyperglycemia induced generation of reactive oxygen species in HepG2 cells with moderate antiglycation and PTP-1B inhibition. Chemical characterization by HPLC revealed the superiority of SCE over other extracts due to presence of bioactives (beta-sitosterol, phloretin 2’glucoside, oleanolic acid) in addition to minerals like magnesium, calcium, potassium, sodium, zinc and manganese. So SCE has been subjected to oral sucrose tolerance test (OGTT) to evaluate its antihyperglycemic property in mild diabetic and diabetic animal models. SCE showed significant antihyperglycemic activity in in vivo diabetic models. Chapter 3 highlights the beneficial effects of hydroethanol extract of Symplocos cochinchinensis (SCE) against hyperglycemia associated secondary complications in streptozotocin (60 mg/kg body weight) induced diabetic rat model. Proper sanction had been obtained for all the animal experiments from CSIR-CDRI institutional animal ethics committee. The experimental groups consist of normal control (NC), N + SCE 500 mg/kg bwd, diabetic control (DC), D + metformin 100 mg/kg bwd, D + SCE 250 and D + SCE 500. SCEs and metformin were administered daily for 21 days and sacrificed on day 22. Oral glucose tolerance test, plasma insulin, % HbA1c, urea, creatinine, aspartate aminotransferase (AST), alanine aminotransferase (ALT), albumin, total protein etc. were analysed. Aldose reductase (AR) activity in the eye lens was also checked. On day 21, DC rats showed significantly abnormal glucose response, HOMA-IR, % HbA1c, decreased activity of antioxidant enzymes and GSH, elevated AR activity, hepatic and renal oxidative stress markers compared to NC. DC rats also exhibited increased level of plasma urea and creatinine. Treatment with SCE protected from the deleterious alterations of biochemical parameters in a dose dependent manner including histopathological alterations in pancreas. SCE 500 exhibited significant glucose lowering effect and decreased HOMA-IR, % HbA1c, lens AR activity, and hepatic, renal oxidative stress and function markers compared to DC group. Considerable amount of liver and muscle glycogen was replenished by SCE treatment in diabetic animals. Although metformin showed better effect, the activity of SCE was very much comparable with this drug. xxii The possible molecular mechanism behind the protective property of S. cochinchinensis against the insulin resistance in peripheral tissue as well as dyslipidemia in in vivo high fructose saturated fat diet model is described in Chapter 4. Initially animal were fed a high fructose saturated fat (HFS) diet for a period of 8 weeks to develop insulin resistance and dyslipidemia. The normal diet control (ND), ND + SCE 500 mg/kg bwd, high fructose saturated fat diet control (HFS), HFS + metformin 100 mg/kg bwd, HFS + SCE 250 and HFS + SCE 500 were the experimental groups. SCEs and metformin were administered daily for the next 3 weeks and sacrificed at the end of 11th week. At the end of week 11, HFS rats showed significantly abnormal glucose and insulin tolerance, HOMA-IR, % HbA1c, adiponectin, lipid profile, liver glycolytic and gluconeogenic enzyme activities, liver and muscle triglyceride accumulation compared to ND. HFS rats also exhibited increased level of plasma inflammatory cytokines, upregulated mRNA level of gluconeogenic and lipogenic genes in liver. HFS exhibited the increased expression of GLUT-2 in liver and decreased expression of GLUT-4 in muscle and adipose. SCE treatment also preserved the architecture of pancreas, liver, and kidney tissues. Treatment with SCE reversed the alterations of biochemical parameters, improved insulin sensitivity by modifying gene expression in liver, muscle and adipose tissues. Overall results suggest that SC mediates the antidiabetic activity mainly via alpha glucosidase inhibition, improved insulin sensitivity, with antiglycation and antioxidant activities.