Regulating inflammation through the anti-inflammatory enzyme platelet-activating factor-acetylhydrolase

Platelet-activating factor (PAF) is one of the most potent lipid mediators involved in inflammatory events. The acetyl group at the sn-2 position of its glycerol backbone is essential for its biological activity. Deacetylation induces the formation of the inactive metabolite lyso-PAF. This deacetylation reaction is catalyzed by PAF-acetylhydrolase (PAF-AH), a calcium independent phospholipase A2 that also degrades a family of PAF-like oxidized phospholipids with short sn-2 residues. Biochemical and enzymological evaluations revealed that at least three types of PAF-AH exist in mammals, namely the intracellular types I and II and a plasma type. Many observations indicate that plasma PAF AH terminates signals by PAF and oxidized PAF-like lipids and thereby regulates inflammatory responses. In this review, we will focus on the potential of PAF-AH as a modulator of diseases of dysregulated inflammation.

Response of bone metabolism related hormones to a single session of strenuous exercise in active elderly subjects

OBJECTIVE: To evaluate the effect of strenuous exercise on bone metabolism and related hormones in elderly subjects. METHODS: Twenty one active elderly subjects (11 men and 10 women; mean age 73.3 years) showing a mean theoretical Vo2max of 151.4% participated. Concentrations of plasma ionised calcium (iCa), serum intact parathyroid hormone (iPTH), 25-hydroxyvitamin D (25(OH)D), and 1.25-dihydroxy-vitamin D3 (1.25(OH)2D3), as well as the bone biochemical markers type I collagen C-telopeptide for bone resorption and osteocalcin and bone alkaline phosphatase for bone formation, were analysed before and after a maximal incremental exercise test. RESULTS: At basal level, iPTH was positively correlated with age (r = 0.56, p < 0.01) and negatively correlated with 25(OH)D (r = -0.50; p < 0.01) and 1.25(OH)2D3 (r = -0.47; p < 0.05). Moreover, 25(OH)D and 1.25(OH)2D3 levels were negatively correlated with age (r = -0.50, p < 0.01 and r = -0.53, p < 0.01, respectively). After exercise, iCa and 25(OH)D decreased (p < 0.001 and p = 0.01, respectively) while iPTH increased (p < 0.001). The levels of 1.25(OH)2D3, bone biochemical markers, haematocrit, and haemoglobin were unchanged. The variations in iCa and 25(OH)D were not related to age and/or sex. The iPTH variation was directly related to basal iPTH levels (p < 0.01) and indirectly related to age. CONCLUSIONS: In active elderly subjects, strenuous exercise disturbed calcium homeostasis and bone related hormones without immediate measurable effect on bone turnover. Although an increase in iPTH could have an anabolic action on bone tissue, our findings from our short term study did not allow us to conclude that such action occurred.

Leucine supplementation protects from insulin resistance by regulating adiposity levels.

BACKGROUND Leucine supplementation might have therapeutic potential in preventing diet-induced obesity and improving insulin sensitivity. However, the underlying mechanisms are at present unclear. Additionally, it is unclear whether leucine supplementation might be equally efficacious once obesity has developed. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS Male C57BL/6J mice were fed chow or a high-fat diet (HFD), supplemented or not with leucine for 17 weeks. Another group of HFD-fed mice (HFD-pairfat group) was food restricted in order to reach an adiposity level comparable to that of HFD-Leu mice. Finally, a third group of mice was exposed to HFD for 12 weeks before being chronically supplemented with leucine. Leucine supplementation in HFD-fed mice decreased body weight and fat mass by increasing energy expenditure, fatty acid oxidation and locomotor activity in vivo. The decreased adiposity in HFD-Leu mice was associated with increased expression of uncoupling protein 3 (UCP-3) in the brown adipose tissue, better insulin sensitivity, increased intestinal gluconeogenesis and preservation of islets of Langerhans histomorphology and function. HFD-pairfat mice had a comparable improvement in insulin sensitivity, without changes in islets physiology or intestinal gluconeogenesis. Remarkably, both HFD-Leu and HFD-pairfat mice had decreased hepatic lipid content, which likely helped improve insulin sensitivity. In contrast, when leucine was supplemented to already obese animals, no changes in body weight, body composition or glucose metabolism were observed. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE These findings suggest that leucine improves insulin sensitivity in HFD-fed mice by primarily decreasing adiposity, rather than directly acting on peripheral target organs. However, beneficial effects of leucine on intestinal gluconeogenesis and islets of Langerhans's physiology might help prevent type 2 diabetes development. Differently, metabolic benefit of leucine supplementation is lacking in already obese animals, a phenomenon possibly related to the extent of the obesity before starting the supplementation.

Mineralocorticoid receptor is essential for corticosteroid-induced up-regulation of L-type calcium currents in cultured neonatal cardiomyocytes.

Despite the fact that mineralocorticoid receptor (MR) antagonist drugs such as spironolactone and eplerenone reduce the mortality in heart failure patients, there is, thus far, no unambiguous demonstration of a functional role of MR in cardiac cells. The aim of this work was to investigate the activation pathway(s) mediating corticosteroid-induced up-regulation of cardiac calcium current (ICa). In this study, using neonatal cardiomyocytes from MR or glucocorticoid receptor (GR) knockout (KO) mice, we show that MR is essential for corticosteroid-induced up-regulation of ICa. This study provides the first direct and unequivocal evidence for MR function in the heart.

Role of CLOCK and circadian rhythms in calcium homeostasis

Le maintien d'une concentration sanguine constante de calcium est d'une importance cruciale et trois organes participent à la balance calcique normale : les reins, les intestins et les os. La concentration plasmatique de calcium est strictement régulée par l'hormone parathyroïdienne (PTH) et par la vitamine D. Des variations circadiennes de la PTH, de la vitamine D ainsi que du calcium plasmatique ont été décrites précédemment chez l'humain ainsi que chez le rat. Ces rythmes de PTH dans le sérum sont importants pour la régulation du remodelage de l'os. En effet, il a été montré chez les souris C57BL/6J que des injections de PTH une fois par jour mènent à une augmentation de la densité minérale de l'os alors que l'infusion en continu de PTH est associée à une diminution de cette densité. La vitamine D joue également un rôle fondamental dans la physiologie osseuse, car un déficit en vitamine D peut conduire à une ostéomalacie. Cependant la fonction des oscillations de vitamine D au niveau de l'homéostasie osseuse reste inconnue. L'horloge circadienne est un système interne de contrôle biologique du temps générant des rythmes de 24 heures dans l'expression des gènes, ainsi que dans la physiologie et le comportement. Ce contrôle s'opère par des boucles rétroactives positives et négatives de l'expression de gènes circadiens tels que CLOCK, BMAL1, CRY1 et 2 ou PERI et 2. Dans ce travail, nous avons émis l'hypothèse que l'homéostasie calcique est sous le contrôle de l'horloge circadienne. Dans un premier temps, nous avons montré chez les souris C57BL/6J des variations journalières des concentrations de calcium, de PTH et de vitamine D dans le sang, ainsi que de calcium dans les urines. Nous avons également démontré des changements au niveau de l'expression rénale des gènes importants dans l'homéostasie du calcium, tant au niveau de l'ARN messager que des protéines. Ensuite, pour analyser le rôle du système de l'horloge circadienne dans l'homéostasie du calcium, nous avons étudié des souris dans lesquelles a été supprimé le gène CLOCK crucial pour la fonction de l'horloge et nous avons comparé ces souris à des souris de type sauvage de même portée. Les souris CLOCK-I- étaient hypercalciuriques à chaque moment de la journée. Cependant le rythme circadien de l'excrétion de calcium était préservé. Le taux de calcium plasmatique ne différait pas entre les génotypes, mais les souris CLOCK -/- ne montraient pas de variations journalières de ce paramètre. Une perte du rythme journalier était également observée pour les niveaux de vitamine D, perte qui pourrait être une cause de l'altération de la micro-architecture osseuse révélée chez les souris CLOCK-/-. En effet, ces souris montrent une diminution du nombre de trabécules, de leur volume ainsi que de leur surface, ce qui suggère la présence d'ostéoporose. Nous avons également trouvé que le rythme de l'expression de l'ARN messager de CYP27B1 était aboli dans les reins des souris CLOCK -/-, ce qui peut expliquer l'altération du rythme de la vitamine D. Les taux sanguins de PTH étaient comparables entre les souris CLOCK -/- et de type sauvage. Dans les reins, une augmentation de l'expression de l'ARN messager de TRPV5 et NCX1 a été constatée, ce qui suggérerait une augmentation de la réabsorption de calcium dans le tubule convoluté distal et dans le tubule connecteur. Dans les intestins, la réabsorption calcique était diminuée, chez les souris CLOCK-I-, fait confirmé par une diminution des niveaux d'ARN messager de TRPV6 et PMCAL. En résumé, la suppression du gène CLOCK chez les souris a conduit à une hypercalciurie, une altération du rythme des taux plasmatiques de calcium et de vitamine D et à une détérioration de l'architecture osseuse. Pour conclure, ces résultats montrent que l'horloge circadienne est essentielle à l'homéostasie calcique ainsi qu'à la physiologie des os. - L'ostéoporose affecte environ 22 millions de femmes et 5.5 millions d'hommes en Europe, réduisant significativement leur qualité de vie et a causé 3.5 millions de nouvelles fractures en 2010. Les dépenses totales liées à ces fractures ont atteint 37 milliards d'euro et ce coût devrait augmenter de 25% d'ici à 2025. Le nombre de nouvelles fractures dues à l'ostéoporose à travers le monde est estimé à environ 1000 par heure. Parmi les causes de l'ostéoporose, le déficit én calcium et/ou en vitamine D joue un rôle important, mais il existe également des causes génétiques ou liées à des facteurs comme les hormones sexuelles (estrogènes, testostérone), l'âge, le tabac, le poids corporel, certains médicaments,... La vie est rythmique : ceci est dû à l'alternance naturelle du jour et de la nuit et de ses effets sur le corps. La prise alimentaire, par exemple, est un processus qui a lieu pendant la phase active, qui est prévisible (il se produit toujours au même moment) et qui peut être anticipé par le corps. Pour cela, une horloge interne est présente dans chaque cellule du corps et est synchronisée par la lumière du jour, entre autres stimuli. Cette horloge indique la phase du jour et régule l'expression de gènes impliqués dans les différents processus qui nécessitent une anticipation. Pendant mon travail de thèse, je me suis demandé si des îythmes circadiens (c'est-à-dire d'une durée d'environ 24 heures et indépendants des stimuli externes) étaient observables'pour les gènes régulant les flux de calcium dans le corps et si l'interruption de ces rythmes pouvait mener à des altérations de la qualité de l'os. J'ai d'abord travaillé avec des souris normales et j'ai pu montrer la présence de rythmes au niveau du calcium sanguin et urinaire, mais également au niveau des hormones et gènes qui contrôlent le métabolisme du calcium dans le corps, comme la vitamine D et l'hormone parathyroidienne. De manière intéressante, j'ai observé que la plupart de ces gènes ont un rythme synchronisé. J'ai ensuite utilisé un modèle de souris dans lequel l'horloge interne a été génétiquement invalidée et j'ai montré que ces souris présentent une augmentation de leur excrétion urinaire de calcium et un rythme circadien altéré de la vitamine D dans le sang. Ces souris absorbent aussi moins bien le calcium intestinal et présentent une ostéoporose marquée. Ce travail montre donc que l'horloge interne est nécessaire pour établir un rythme circadiens de certains facteurs influant les flux de calcium dans l'organisme, comme la vitamine D, et que la perturbation de ces rythmes mène à une dérégulation du métabolisme osseux. Ainsi, la perturbation de l'horloge interne peut causer une ostéoporose et une hypercalciurie qui pourraient aboutir à la formation de fractures et de calculs rénaux. L'extrapolation de ces observations chez l'homme ou à des changements plus subtiles des rythmes circadiens, comme le décalage horaire, restent à montrer. Cette recherche a démontré que les rythmes circadiens des mécanismes de régulation des flux de calcium dans l'organisme sont essentiels au maintien d'un squelette normal et suggère que les perturbations des rythmes circadiens pourraient être une nouvelle cause de l'ostéoporose. - Maintaining constant calcium concentration in the plasma is of a crucial importance and three organs participate in normal calcium balance - kidney, gut and bone. Plasma calcium concentration is strictly regulated by parathyroid hormone (PTH) and vitamin D. Circadian variations of PTH, vitamin D and plasma calcium were previously described in humans, as well as in rats. Rhythms in serum PTH are important for balanced bone remodelling. Indeed in C57BL/6J mice, PTH injection once per day leads to an increase in bone mineral density (BMD), whilst continuous infusion is associated with decreased BMD. Vitamin D also plays a crucial role in bone physiology, since the deficiency in vitamin D can lead to rickets/osteomalacia. However, the role of vitamin D rhythms in bone homeostasis remains unknown. The circadian clock is an. internal time-keeping system generating rhythms in gene expression with 24h periodicity, in physiology and in behaviour. It is operated by positive- and negative-feedback loops of circadian genes, such as CLOCK, BMAL1, CRY1 and 2 or PERI and 2. In this work, we hypothesized, that calcium homeostasis is under the control of the circadian clock. First, we showed daily variations in urinary calcium and serum calcium, PTH and l,25(OH)2 vitamin D, together with renal mRNA and protein levels of genes involved in calcium homeostasis in C57BL/6J mice. Second, and to investigate the role of the circadian clock system in calcium handling, we studied mice lacking the gene CLOCK crucial for fonction of the clock system and compared them to the WT littermates. CLOCK-/- mice were hypercalciuric at all timepoints of the day. However, the circadian rhythm of calcium excretion was preserved. Serum calcium levels did not differ between the genotypes, but CLOCK-/- mice did not exhibit daily variation for this parameter. Loss of rhythm was observed also for serum l,25(OH)2 vitamin D levels, which may be one of the causes of altered bone microarchitecture that was revealed in CLOCK-/- mice. They displayed increased trabecular separation and decreased trabecular number, trabecular bone volume and trabecular bone surface, suggestive of osteoporosis. We found that the rhythm of the mRNA expression of CYP27B1 was abolished in the kidney of CLOCK-/- mice, which could induce the altered rhythm of l,25(OH)2 vitamin. Serum PTH levels were comparable between CLOCK-/- and WT mice. In the kidney, increased mRNA expression of TRPV5 and NCX1 suggests increased calcium reabsorption in the distal convoluted and connecting tubule. In the gut, intestinal calcium absorption was decreased in CLOCK¬/- mice, confirmed by decreased mRNA levels of TRPV6 and PMCA1. In summary, deletion of the CLOCK gene in mice conducts to hypercalciuria, alteration of the rhythm in serum calcium and l,25(OH)2D levels, and impainnent of their bone microarchitecture. In conclusion, these data show that the circadian clock system is essential in calcium homeostasis and bone physiology.

The Munc13 proteins differentially regulate readily releasable pool dynamics and calcium-dependent recovery at a central synapse.

The Munc13 gene family encodes molecules located at the synaptic active zone that regulate the reliability of synapses to encode information over a wide range of frequencies in response to action potentials. In the CNS, proteins of the Munc13 family are critical in regulating neurotransmitter release and synaptic plasticity. Although Munc13-1 is essential for synaptic transmission, it is paradoxical that Munc13-2 and Munc13-3 are functionally dispensable at some synapses, although their loss in other synapses leads to increases in frequency-dependent facilitation. We addressed this issue at the calyx of Held synapse, a giant glutamatergic synapse that we found to express all these Munc13 isoforms. We studied their roles in the regulation of synaptic transmission and their impact on the reliability of information transfer. Through detailed electrophysiological analyses of Munc13-2, Munc13-3, and Munc13-2-3 knock-out and wild-type mice, we report that the combined loss of Munc13-2 and Munc13-3 led to an increase in the rate of calcium-dependent recovery and a change in kinetics of release of the readily releasable pool. Furthermore, viral-mediated overexpression of a dominant-negative form of Munc13-1 at the calyx demonstrated that these effects are Munc13-1 dependent. Quantitative immunohistochemistry using Munc13-fluorescent protein knock-in mice revealed that Munc13-1 is the most highly expressed Munc13 isoform at the calyx and the only one highly colocalized with Bassoon at the active zone. Based on these data, we conclude that Munc13-2 and Munc13-3 isoforms limit the ability of Munc13-1 to regulate calcium-dependent replenishment of readily releasable pool and slow pool to fast pool conversion in central synapses.

Association of urinary calcium excretion with serum calcium and vitamin D levels

Contexte de recherche Mon projet de thèse en médecine concerne l'exploration des facteurs associés à l'excrétion urinaire de calcium durant 24h dans une étude populationnelle suisse. Les données qui ont été utilisées sont issues d'une étude populationnelle connue sous le nom de « Swiss survey on Salt intake », qui a été effectuée entre janvier 2010 et mars 2012 et avait pour but principal d'investiguer la consommation de sel de la population suisse. L'étude a regroupé plusieurs centres d'investigations dans toute la Suisse (11 centres dans 9 cantons), dans trois langues nationales (français, allemand et italien) et concerne des participants âgés de plus de 15 ans. Cette étude avait l'avantage de collecter des données anthropométriques, sanguines, urinaires, de lister les traitements et de poser des questions sur le style de vie (alcool, activité physique, etc.). A notre connaissance, peu d'articles populationnels explorent les facteurs associés à l'excrétion urinaire de calcium durant 24h et notamment l'association de celle-ci avec le calcium corrigé sanguin et la 250H-vitamine D2*3 sanguin chez les hommes et les femmes. Méthodes Après exclusions des données manquantes, 1293 participants sur 1550 ont été retenus pour l'analyse statistique. Celle-ci a été effectuée grâce au logiciel Stata 12. Nous avons utilisé la régression linéaire multiple dont la variable dépendante était l'excrétion urinaire de calcium durant 24h en stratifiant les analyses par sexe (en raison des interactions statistiques significatives entre calcémie et sexe, et entre vitamine D et sexe). Les variables indépendantes comprenaient des variables en lien avec l'excrétion urinaire de calcium (vingt-quatre covariables au total) dont la 250H-vitamine D2+3 (avec la variabilité saisonnière) et la calcémie (calcium sérique corrigé par les protéines). Résultats D'importantes différences entre hommes et femmes ont été observées : une association positive entre l'excrétion urinaire de calcium durant 24h et la calcémie corrigée a été trouvée chez les femmes mais pas chez les hommes. En parallèle, nous relevons une association positive entre l'excrétion urinaire de calcium durant 24h et la 250H-vitamine D2+3 chez les hommes mais pas chez les femmes (liée essentiellement à la présence 250H-vitamine D3 en quantité bien plus importante que la 250H-vitamine D2). Nous soulevons deux hypothèses possibles pour expliquer ces importances différences hommes-femmes. La première hypothèse est l'influence des hormones sexuelles. La seconde hypothèse est la contribution des facteurs diététiques. De nouvelles analyses et de nouvelles études populationnelles sont nécessaires pour confirmer ou infirmer ces hypothèses. Perspectives Une prochaine étape sera d'explorer l'influence de l'excrétion urinaire de sodium, de potassium et d'urée sur les associations observées afin d'étudier une possible influence de l'alimentation sur ces résultats. Une autre étape consistera à doser les hormones sexuelles dans les échantillons de cette étude ou dans ceux d'une autre étude. La prévalence de l'hypercalciurie dans cette étude (9 % chez les hommes et 8.1% chez les femmes) est plus basse que dans d'anciennes études non-populationnelles. Il paraît important de mentionner qu'il existe peu de données sur les normes de calciurie dans la population générale et qu'il n'existe pas de consensus international claire concernant la définition de l'hypercalciurie. Cette prévalence élevée est notamment pertinente dans la cadre des néphrolithiasés, qui sont connues pour être plus fréquentes chez les hommes que chez les femmes. Enjeux Les différences hommes-femmes observées pourraient avoir des implications pour améliorer notre compréhension des mécanismes impliqués dans les lithiases urinaires et dans le risque cardiovasculaire associé ainsi que dans notre compréhension des mécanismes associés à l'ostéoporose.

Regulating Mechanisms of Gonadal and Pituitary Tumorigenesis in Mice Producing Human Chorionic Gonadotropin

Human chorionic gonadotropin (hCG) and luteinizing hormone (LH) are structurally and functionally similar glycoprotein hormones acting through the same luteinizing hormone chorionic gonadotropin receptor (LHCGR). The functions of LH in reproduction and hCG in pregnancy are well known. Recently, the expression of LHCGR has been found in many nongonadal tissues and cancers, and this has raised the question of whether LH/hCG could affect the function or tumorigenesis of these nongonadal tissues. We have also previously generated an hCG expressing mouse model presenting nongonadal phenotypes. Using this model it is possible to improve our understanding of nongonadal action of highly elevated LH/hCG. In the current study, we analyzed the effect of moderately and highly elevated hCG levels on male reproductive development and function. The main finding was the appearance of fetal Leydig cell (FLC) adenomas in prepubertal males. However, the development and differentiation of FLCs were not significantly affected. We also show that the function of hCG is different in FLCs and in adult Leydig cells (ALC), because in the latter cells hCG was not able to induce tumorigenesis. In FLCs, LHCGR is not desensitized or downregulated upon ligand binding. In this study, we found that the testicular expression of two G protein-coupled receptor kinases responsible for receptor desensitization or downregulation is increased in adult testis. Results suggest that the lack of LHCGR desensitization or downregulation in FLCs protect testosterone (Te) synthesis, but also predispose FLCs for LH/hCG induced adenomas. However, all the hCG induced nongonadal changes observed in male mice were possible to explain by the elevated Te level found in these males. Our findings indicate that the direct nongonadal effects of elevated LH/hCG in males are not pathophysiologically significant. In female mice, we showed that an elevated hCG level was able to induce gonadal tumorigenesis. hCG also induced the formation of pituitary adenomas (PA), but the mechanism was indirect. Furthermore, we found two new potential risk factors and a novel hormonally induced mechanism for PAs. Increased progesterone (P) levels in the presence of physiological estradiol (E2) levels induced the formation of PAs in female mice. E2 and P induced the expression and nuclear localization of a known cell-cycle regulator, cyclin D1. A calorie restricted diet was also able to prevent the formation of PAs, suggesting that obesity is able to promote the formation of PAs. Hormone replacement therapy after gonadectomy and hormone antagonist therapy showed that the nongonadal phenotypes observed in hCG expressing female mice were due to ovarian hyperstimulation. A slight adrenal phenotype was evident even after gonadectomy in hCG expressing females, but E2 and P replacement was able to induce a similar phenotype in WT females without elevated LH/hCG action. In conclusion, we showed that the direct effects of elevated hCG/LH action are limited only to the gonads of both sexes. The nongonadal phenotypes observed in hCG expressing mice were due to the indirect, gonadal hormone mediated effects of elevated hCG. Therefore, the gonads are the only physiologically significant direct targets of LHCGR signalling.

Physiological response of vicia faba to prohexadione-calcium under saline conditions

Changes in the activities of oxidative enzymes (indole acetic acid oxidase, peroxidase and catalase), endogenous hormones (gibberellic acid (GA3), indole acetic acid (IAA), abscisic acid (ABA) and cytokinins (AsZeatin), photosynthetic pigments (chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids), total carbohydrates, total soluble sugars, amino acid proline and vegetative growth parameters were used as indicators to explain the physiological role of the growth retardant prohexadione-calcium on Vicia faba seedlings 40 days after sowing under salinity stress for 30 days. The obtained results show that soaking faba bean seeds prior to sowing at different concentrations of prohexadione-calcium (0, 10, 20 and 30 ppm) significantly increased the activities of indole acetic acid oxidase (IAA-oxidase) and peroxidase enzymes, but decreased the catalase enzyme activity as compared with their respective control. Application of prohexadione-Ca caused markedly decreases in the endogenous contents of gibberellins and indole acetic acid (IAA) but increased the levels of natural growth inhibitor abscisic acid (ABA) and cytokinins in the shoots of faba bean seedlings. All the prohexadione-Ca concentrations increased the contents of amino acid proline, photosynthetic pigments (chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoids), total carbohydrates and total soluble sugars in faba bean seedlings grown under salt stress. Application of prohexadione-Ca decreased significantly seedling height and shoot fresh weight but significantly increased shoot dry weight.

Control of the phosphorylation of the astrocyte marker glial fibrillary acidic protein (GFAP) in the immature rat hippocampus by glutamate and calcium ions: possible key factor in astrocytic plasticity

The present review describes recent research on the regulation by glutamate and Ca2+ of the phosphorylation state of the intermediate filament protein of the astrocytic cytoskeleton, glial fibrillary acidic protein (GFAP), in immature hippocampal slices. The results of this research are discussed against a background of modern knowledge of the functional importance of astrocytes in the brain and of the structure and dynamic properties of intermediate filament proteins. Astrocytes are now recognized as partners with neurons in many aspects of brain function with important roles in neural plasticity. Site-specific phosphorylation of intermediate filament proteins, including GFAP, has been shown to regulate the dynamic equilibrium between the polymerized and depolymerized state of the filaments and to play a fundamental role in mitosis. Glutamate was found to increase the phosphorylation state of GFAP in hippocampal slices from rats in the post-natal age range of 12-16 days in a reaction that was dependent on external Ca2+. The lack of external Ca2+ in the absence of glutamate also increased GFAP phosphorylation to the same extent. These effects of glutamate and Ca2+ were absent in adult hippocampal slices, where the phosphorylation of GFAP was completely Ca2+-dependent. Studies using specific agonists of glutamate receptors showed that the glutamate response was mediated by a G protein-linked group II metabotropic glutamate receptor (mGluR). Since group II mGluRs do not act by liberating Ca2+ from internal stores, it is proposed that activation of the receptor by glutamate inhibits Ca2+ entry into the astrocytes and consequently down-regulates a Ca2+-dependent dephosphorylation cascade regulating the phosphorylation state of GFAP. The functional significance of these results may be related to the narrow developmental window when the glutamate response is present. In the rat brain this window corresponds to the period of massive synaptogenesis during which astrocytes are known to proliferate. Possibly, glutamate liberated from developing synapses during this period may signal an increase in the phosphorylation

Receptor localization of steroid hormones and drugs: discoveries through the use of thaw-mount and dry-mount autoradiography

The history of receptor autoradiography, its development and applications, testify to the utility of this histochemical technique for localizing radiolabeled hormones and drugs at cellular and subcellular sites of action in intact tissues. Localization of diffusible compounds has been a challenge that was met through the introduction of the "thaw-mount" and "dry-mount" autoradiographic techniques thirty years ago. With this cellular receptor autoradiography, used alone or combined with other histochemical techniques, sites of specific binding and deposition in vivo and in vitro have been characterized. Numerous discoveries, some reviewed in this article, provided information that led to new concepts and opened new areas of research. As an example, in recent years more than fifty target tissues for vitamin D have been specified, challenging the conventional view about the main biological role of vitamin D. The functions of most of these vitamin D target tissues are unrelated to the regulation of systemic calcium homeostasis, but pertain to the (seasonal) regulation of endo- and exocrine secretion, cell proliferation, reproduction, neural, immune and cardiovascular responses, and adaptation to stress. Receptor autoradiography with cellular resolution has become an indispensable tool in drug research and development, since information can be obtained that is difficult or impossible to gain otherwise

Mitochondria, calcium and pro-apoptotic proteins as mediators in cell death signaling

Cellular Ca2+ signals are crucial in the control of most physiological processes, cell injury and programmed cell death through the regulation of a number of Ca2+-dependent enzymes such as phospholipases, proteases, and nucleases. Mitochondria along with the endoplasmic reticulum play pivotal roles in regulating intracellular Ca2+ content. Mitochondria are endowed with multiple Ca2+ transport mechanisms by which they take up and release Ca2+ across their inner membrane. During cellular Ca2+ overload, mitochondria take up cytosolic Ca2+, which in turn induces opening of permeability transition pores and disrupts the mitochondrial membrane potential (Dym). The collapse of Dym along with the release of cytochrome c from mitochondria is followed by the activation of caspases, nuclear fragmentation and cell death. Members of the Bcl-2 family are a group of proteins that play important roles in apoptosis regulation. Members of this family appear to differentially regulate intracellular Ca2+ level. Translocation of Bax, an apoptotic signaling protein, from the cytosol to the mitochondrial membrane is another step in this apoptosis signaling pathway.

Expression of steroidogenic proteins and genes in bovine placenta from conventional and somatic cell nuclear transfer (SCNT) gestations

Pendant la grossesse, les hormones stéroïdes jouent un rôle indispensable dans la régulation des principales manifestations physiologiques telles que la reconnaissance maternelle de la gestation, la réceptivité de l'endomètre, le début du développement embryonnaire ainsi que le maintien de la gestation. Cependant, on sait très peu sur la production de ces hormones et les principaux facteurs des voies intracellulaires impliqués dans le processus de stéroïdogenèse dans le placenta bovin pendant les stades initiaux et plus avancés de la gestation. Par ailleurs, certaines anomalies du placenta chez les bovins suite à une mauvaise production de stéroïdes n'ont pas encore été démontrées. Les objectifs de cette thèse étaient donc de : 1) déterminer la présence et la localisation des principales protéines stéroïdiennes dans le placenta de bovins provenant de gestations de 50 à 120 jours, 2) comparer l'expression placentaire d'une série de gènes et de protéines stéroïdiennes entre une gestation impliquant un transfert de noyaux de cellules somatiques (SCNT) et une gestation non-clonale; 3) étudier l'impact des hormones trophiques et des seconds messagers sur la stéroïdogenèse dans le placenta bovin à 140 +10 jours de gestation. L’utilisation de techniques d’immunohistochimie, d’immunobuvardage et de PCR quantitatif nous a permis d’évaluer la présence d'un large éventail de gènes stéroïdiens (STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1 et SCARB1) qui participent au transport du cholestérol et dans la production de différents types de stéroïdes. Dans cette thèse, nous avons démontré la capacité du placenta bovin d’initier la stéroïdogenèse au début de la gestation et nous avons également déterminé les principales cellules impliquées dans ce processus. Nous avons constaté que les tissus maternels expriment les principaux marqueurs de stéroïdogenèse suggérant une plus grande capacité stéroïdogénique que les tissus fœtaux. En outre, un modèle d'expression des protéines complémentaires stéroïdogéniques entre la caroncule et le cotylédon a été observé, indiquant que la stéroïdogenèse placentaire exige une communication cellule à cellule entre les cellules de la mère et du fœtus. Après avoir démontré les principales cellules impliquées dans la synthèse des hormones stéroïdiennes dans le placenta bovin en début de gestation, nous avons ensuite étudié les modifications possibles de la stéroïdogenèse dans les tissus SCNT cotylédonaires à 40 jours de gestation. Nous avons identifié d'importantes modifications dans l'expression des gènes STAR, CYP11A1, HSD3B1, CYP17A1, et SULT1E1. Conséquemment, nous postulons que l'expression réduite des gènes stéroïdiens peut provoquer une insuffisance de la biosynthèse des hormones stéroïdiennes, ce qui pourrait contribuer à un développement anormal du placenta et du fœtus dans les gestations SCNT à court ou long terme. Finalement, nous avons développé un modèle efficace de culture d’explants de placentome qui nous a permis d'explorer les mécanismes sous-jacents spécifiques à la stéroïdogenèse placentaire. Nous avons exploré l'effet stimulant des hormones trophiques et différents messagers secondaires sur l'expression de différentes protéines stéroïdogéniques ainsi que le taux de progestérone (P4) dans les explants de placentome. En utilisant les techniques de RIA et de PCR quantitatif, nous avons constaté que même si les analogues de l'hormone lutéinisante (hCG) ont un effet stimulant sur plusieurs gènes stéroïdiens, le calcium ionophore est le principal modulateur dans la synthèse de la P4. Ces résultats suggèrent que dans le placenta bovin, la synthèse de la P4 est modulée principalement par l'afflux de calcium intracellulaire, et apparemment les nucléotides cycliques ne semblent pas contrôler ce processus. En conclusion, cette étude contribue de manière significative à une meilleure compréhension des mécanismes d'entraînement de la synthèse des stéroïdes placentaires au début de la gestation et permet aussi d’apporter de nouveaux éclairages sur l'importance des stéroïdes placentaires dans la régulation du développement du placenta et du fœtus.

The Effects of Pro-inflammatory Cytokines on the L-type Calcium Current in Mouse Ventricular Myocytes

L’inflammation: Une réponse adaptative du système immunitaire face à une insulte est aujourd’hui reconnue comme une composante essentielle à presque toutes les maladies infectieuses ou autres stimuli néfastes, tels les dommages tissulaires incluant l’infarctus du myocarde et l’insuffisance cardiaque. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, l’inflammation se caractérise principalement par une activation à long terme du système immunitaire, menant à une faible, mais chronique sécrétion de peptides modulateurs, appelés cytokines pro-inflammatoires. En effet, la littérature a montré à plusieurs reprises que les patients souffrant d’arythmies et de défaillance cardiaque présentent des taux élevés de cytokines pro-inflammatoires tels le facteur de nécrose tissulaire alpha (TNFα), l’interleukine 1β (IL-1β) et l’interleukine 6. De plus, ces patients souffrent souvent d’une baisse de la capacité contractile du myocarde. Le but de notre étude était donc de déterminer si un lien de cause à effet existe entre ces phénomènes et plus spécifiquement si le TNFα, l’IL-1β et l’IL-6 peuvent affecter les propriétés électriques et contractiles du cœur en modulant le courant Ca2+ de type L (ICaL) un courant ionique qui joue un rôle primordial au niveau de la phase plateau du potentiel d’action ainsi qu’au niveau du couplage excitation-contraction. Les possibles méchansimes par lesquels ces cytokines exercent leurs effets seront aussi explorés. Pour ce faire, des cardiomyocytes ventriculaires de souris nouveau-nées ont été mis en culture et traités 24 heures avec des concentrations pathophysiologiques (30 pg/mL) de TNFα, IL-1β ou IL-6. Des enregistrements de ICaL réalisés par la technique du patch-clamp en configuration cellule entière ont été obtenus par la suite et les résultats montrent que le TNFα n’affecte pas ICaL, même à des concentrations plus élevées (1 ng/mL). En revanche, l’IL-1β réduisait de près de 40% la densité d’ICaL. Afin d’examiner si le TNFα et l’IL-1β pouvaient avoir un effet synergique, les cardiomyocytes ont été traité avec un combinaison des deux cytokines. Toutefois aucun effet synergique sur ICaL n’a été constaté. En outre, l’IL-6 réduisait ICaL significativement, cependant la réduction de 20% était moindre que celle induite par IL-1β. Afin d’élucider les mécanismes sous-jacents à la réduction de ICaL après un traitement avec IL-1β, l’expression d’ARNm de CaV1.2, sous-unité α codante pour ICaL, a été mesurée par qPCR et les résultats obtenus montrent aucun changement du niveau d’expression. Plusieurs études ont montré que l’inflammation et le stress oxydatif vont de pair. En effet, l’imagerie confocale nous a permis de constater une augmentation accrue du stress oxydatif induit par IL-1β et malgré un traitement aux antioxydants, la diminution de ICaL n’a pas été prévenue. Cette étude montre qu’IL-1β et IL-6 réduisent ICaL de façon importante et ce indépendamment d’une régulation transcriptionelle ou du stress oxydatif. De nouvelles données préliminaires suggèrent que ICaL serait réduit suite à l’activation des protéines kinase C mais des études additionelles seront nécessaires afin d’étudier cette avenue. Nos résultats pourraient contribuer à expliquer les troubles du rythme et de contractilité observés chez les patients souffrant de défaillance cardiaque.

Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.