Pharmacological screening of Ageratum conyzoides L. (mentrasto)

The pharmacological activities of a water extract (WE) of Ageratum conyzoides L, a plant populary known for its analgesic and anti-inflamatory properties, were studied in vivo and in vitro preparations. Oral administration (p.o.) of the water extract (WE, 0.1 to 5 g/Kg) to rats and mice induced quietness and reduced the spontaneous motility. the sleeping time induced by sodium pentobarbital (50 mg/Kg, i.p.) in mice was not altered by previous treatment with We (2 g/Kg, p.o.). The same treatment did not influence the paw edema induced by carrageenan or dextran, nor did it reduce the chronic paw edema induced by complete Freund's adjuvant or formaldehyde in rats. The tail flick response in immersion test and writhings induced by 0.8%acetic acid in mice were not altered by WE either. In isolated guinea-pig ilea WE (0.4 to 4 mg/ml) did not alter the EC50 values of histamine or acetylcholine, but reduced the maximal response to the agonists by 20 to 50%. We (0.01 to 10 mg/ml) produced tonic contractions of the ileal smooth muscle proportional to the doses, reaching a maximum of 75% relatively to the maximum obtained with histamine. Those contractions were blocked by diphenhydramine (10 nM) and reduced by 32% in presence of atropine (10 nM). The results indicated that oral treatment of rodents with A. conyzoides L neither reduced the inflammatory edema nor did it decrease the reaction to pain stimuli. In vitro the extract presented an unexpected histamine-like activity characteristic of a partial agonist. The results did not confirm the popular medicinal indications of the plant.

Neuronal nicotinic receptors as new targets foramphetamine-induced oxidative damage and neurotoxicity

Amphetamine derivatives such as methamphetamine (METH) and 3,4-methylenedioxymethamphetamine (MDMA, ecstasy) are drugs widely abused in a recreational context. This has led to concern because of the evidence that they are neurotoxic in animal models and cognitive impairments have been described in heavy abusers. The main targets of these drugs are plasmalemmal and vesicular monoamine transporters, leading to reverse transport and increased monoamine efflux to the synapse. As far as neurotoxicity is concerned, increased reactive oxygen species (ROS) production seems to be one of the main causes. Recent research has demonstrated that blockade of 7 nicotinic acetylcholine receptors (nAChR) inhibits METH- and MDMA-induced ROS production in striatal synaptosomes which is dependent on calcium and on NO-synthase activation. Moreover, 7 nAChR antagonists (methyllycaconitine and memantine) attenuated in vivo the neurotoxicity induced by METH and MDMA, and memantine prevented the cognitive impairment induced by these drugs. Radioligand binding experiments demonstrated that both drugs have affinity to 7 and heteromeric nAChR, with MDMA showing lower Ki values, while fluorescence calcium experiments indicated that MDMA behaves as a partial agonist on 7 and as an antagonist on heteromeric nAChR. Sustained Ca increase led to calpain and caspase-3 activation. In addition, modulatory effects of MDMA on 7 and heteromeric nAChR populations have been found.

Design, synthesis and biological evaluation of a class of bioisosteric oximes of the novel dual peroxisome proliferator-activated receptor α/γ ligand LT175.

The effects resulting from the introduction of an oxime group in place of the distal aromatic ring of the diphenyl moiety of LT175, previously reported as a PPARα/γ dual agonist, have been investigated. This modification allowed the identification of new bioisosteric ligands with fairly good activity on PPARα and fine-tuned moderate activity on PPARγ. For the most interesting compound (S)-3, docking studies in PPARα and PPARγ provided a molecular explanation for its different behavior as full and partial agonist of the two receptor isotypes, respectively. A further investigation of this compound was carried out performing gene expression studies on HepaRG cells. The results obtained allowed to hypothesize a possible mechanism through which this ligand could be useful in the treatment of metabolic disorders. The higher induction of the expression of some genes, compared to selective agonists, seems to confirm the importance of a dual PPARα/γ activity which probably involves a synergistic effect on both receptor subtypes.

Étude du rôle de la dopamine et de la sérotonine dans l’effet atténuateur des antipsychotiques et de l’OSU-6162 sur la récompense induite par la stimulation du faisceau médian prosencéphalique chez le rongeur

La voie mésocorticolimbique est constitutée d’un ensemble d’éléments nerveux issus de l’aire tegmentaire ventrale mésencéphalique et projettant vers des régions corticales et sous-corticales. Les neurones à dopamine (DA) qui en font partie modulent plusieurs fonctions cognitives dont l’attention, l’apprentissage et la récompense. L’activité nerveuse des cellules à DA augmente lorsque l’organisme anticipe et reçoit une récompense, ainsi qu’au cours de la phase d’apprentissage des comportements d’appétence. Or, si l’activité dopaminergique de la voie mésocorticolimbique est désordonnée, voire aberrante, des stimuli neutres deviennent saillants et prennent une signification erronée. Cette anomalie fonctionnelle du système dopaminergique pourrait être à l’origine des symptômes psychotiques observés dans la schizophrénie. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les médicaments antipsychotiques efficaces ont tous une activité antagoniste aux récepteurs à DA de type 2 (D2); les antipsychotiques dits classiques (i.e. halopéridole) possèdent une forte affinité pour les récepteurs D2 tandis que les antipsychotiques dits atypiques (i.e. clozapine) présentent une plus forte affinité pour les récepteurs à sérotonine de type 2a (5-HT2a) que pour les récepteurs D2. Les antipsychotiques atypiques semblent plus efficaces contre les symptômes négatifs (i.e. anhédonie) de la schizophrénie et induisent moins d’effets moteurs extrapyramidaux et de dysphorie que les antipsychotiques classiques. Il a été proposé que l’efficacité des antipsychotiques atypiques soit expliqué par leur double action antagoniste aux récepteurs 5-HT2a et D2. Afin de mieux comprendre les mécanismes de ces médicaments, nous avons étudié leurs effets sur la récompense en utilisant le modèle d’autostimulation intracérébrale (ASI) chez le rongeur. Le but de la première étude était d’évaluer l’effet d’un antagoniste sélectif des récepteurs 5-HT2a, le M100907, sur la récompense et sur l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. L’hypothèse était que l’atténuation de la récompense induite par l’ajout du M100907 à l’halopéridole serait similaire à celle induite par la clozapine. Dans une seconde étude, l’effet sur la récompense d’un agoniste partiel aux récepteurs D2, l’OSU-6162, a été caractérisé sous deux conditions : i) en condition de base et ii) lorsque la neurotransmission dopaminergique est altérée par l’administration systémique de quinpirole, un agoniste des récepteurs D2/D3. Les hypothèses étaient que l’OSU-6162 i) atténuerait la récompense induite par la stimulation et ii) empêcherait l’atténuation et la facilitation de la récompense induites par le quinpirole. Les données obtenues montrent que le M100907 n’altère pas la récompense par lui-même mais réduit l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. La co-administration du M100907 et de l’halopéridole induit une atténuation de la récompense d’amplitude similaire à celle induite par la clozapine, ce qui suggère que l’activité antagoniste aux récepteurs 5-HT2a de la clozapine contribue à son efficacité. Les données de la seconde étude montrent que l’OSU-6162 atténue la récompense, de manière dose-dépendante, ainsi que la facilitation, mais pas l’atténuation de la récompense induite par le quinpirole. Cette dernière observation suggère que l’OSU-6162 agit comme un antagoniste fonctionnel aux récepteurs D2 post-synaptiques. Un ensemble de données suggèrent que le comportement d’ASI constitue un modèle valide permettant d’évaluer l’efficacité antipsychotique potentielle de nouvelles molécules. Le comportement d’ASI est atténué par les antipsychotiques cliniquement efficaces mais est peu ou pas modifié par des molécules dépourvues d’activité antipsychotique. Les données obtenues dans cette thèse permettent de supposer que l’OSU-6162 possède une activité antipsychotique de nature atypique, et cela sans altérer la neurotransmission sérotoninergique.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Le peptide natriurétique auriculaire induit la différenciation cardiaque dans les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris P19

Traditionnellement associée à la reproduction féminine, l'ocytocine (OT), une hormone peptidique synthétisée par les noyaux paraventriculaire et supraoptique de l'hypothalamus et sécrétée par l'hypophyse postérieure (neurohypophyse), a été récemment revue et a été démontrée avoir plusieurs nouveaux rôles dans le système cardio-vasculaire. En effet, notre laboratoire a montré que l’OT peut induire la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) en cardiomyocytes (CM) fonctionnels. À l’aide du modèle cellulaire embryonnaire carcinomateux de souris P19, il a été démontré que ce processus survenait suite à la libération de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) dépendante du monoxyde d’azote. De même, il est connu que le peptide natriurétique auriculaire (ANP), un peptide produit, stocké et sécrété par les myocytes cardiaques, peut aussi induire la production du GMPc. De nombreuses études ont démontré que le cœur ayant subi un infarctus pouvait être régénéré à partir d’une population isolée de cellules souches et progénitrices transplantées. Une de ces populations de cellules, fréquemment isolées à partir d'organes provenant d'animaux aux stades de développement embryonnaire et adulte, appelée « Side Population » (SP), sont identifiées par cytométrie en flux (FACS) comme une population de cellules non marquées par le colorant fluorescent Hoechst 33342 (Ho). Les cellules SP expriment des protéines de transport spécifiques, de la famille ATP-binding cassette, qui ont pour rôle de transporter activement le colorant fluorescent Ho de leur cytoplasme. La sous-population de cellules SP isolée du cœur affiche un potentiel de différenciation cardiaque amélioré en réponse à un traitement avec l’OT. Récemment, l'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des CSE a été mise en évidence, et cela a été corrélé avec la présence de sous-populations cellulaires ressemblant beaucoup aux cellules SP issues du cœur. Puisque l’ANP peut induire la production du GMPc et qu’il a été démontré que la différenciation cardiaque était médiée par la production du GMPc, alors nous émettons l'hypothèse selon laquelle l’ANP pourrait induire la différenciation cardiaque. Étant donné que les CSE sont composés d’un mélange de différents types cellulaires alors nous émettons aussi l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’une sous-population de CSE plus homogène renforcerait le potentiel de différenciation de l'ANP. Méthodes : Les SP ont été isolées des cellules P19 par FACS en utilisant la méthode d’exclusion du colorant fluorescent Ho. Puis, leur phénotype a été caractérisé par immunofluorescence (IF) pour les marqueurs de l’état indifférencié, d’auto-renouvellement et de pluripotence octamer-binding transcription factor 4 (OCT4) et stage-specific embryonic antigen-1 (SSEA1). Ensuite, la dose pharmacologique optimale d’ANP a été déterminée via des tests de cytotoxicité sur des cellules P19 (MTT assay). Pour induire la différenciation en cardiomyocytes, des cellules à l’état de sphéroïdes ont été formées à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » sous la stimulation de l’ANP pendant 5 jours. Puis, des cryosections ont été faites dans les sphéroïdes afin de mettre en évidence la présence de marqueurs de cellules cardiaques progénitrices tels que GATA4, Nkx2.5 et un marqueur mitochondrial spécifique Tom22. Ensuite, les cellules SP P19 ont été stimulées dans les sphéroïdes cellulaires par le traitement avec de l'ANP (10-7 M) ou de l’OT (10-7 M), de l’antagoniste spécifique du guanylate cyclase particulé (GCp) A71915 (10-6 M), ainsi que la combinaison des inducteurs OT+ANP, OT+A71915, ANP+A71915. Après la mise en culture, la différenciation en cardiomyocytes a été identifié par l’apparition de colonies de cellules battantes caractéristiques des cellules cardiaques, par la détermination du phénotype cellulaire par IF, et enfin par l’extraction d'ARN et de protéines qui ont été utilisés pour le dosage du GMPc par RIA, l’expression des ARNm par RT-PCR et l’expression des protéines par immunobuvardage de type western. Résultats : Les sphéroïdes obtenus à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » ont montré une hausse modeste de l’expression des ARNm suivants : OTR, ANP et GATA4 comparativement aux cellules cultivées en monocouches. Les sphéroïdes induits par l’ANP ont présenté une augmentation significative des facteurs de transcription cardiaque GATA4 et Nkx2.5 ainsi qu’un plus grand nombre de mitochondries caractérisé par une plus grande présence de Tom22. De plus, L’ANP a induit l’apparition de colonies de cellules battantes du jour 7 (stade précoce) au jour 14 (stade mature) de façon presque similaire à l’OT. Cependant, la combinaison de l’ANP avec l’OT n’a pas induit de colonies de cellules battantes suggérant un effet opposé à celui de l’OT. Par IF, nous avons quantifié (nombre de cellules positives) et caractérisé, du jour 6 au jour 14 de différenciation, le phénotype cardiaque de nos cellules en utilisant les marqueurs suivants : Troponine T Cardiaque, ANP, Connexines 40 et 43, l’isoforme ventriculaire de la chaîne légère de myosine (MLC-2v), OTR. Les SP différenciées sous la stimulation de l’ANP ont montré une augmentation significative du GMPc intracellulaire comparé aux cellules non différenciées. À notre grande surprise, l’antagoniste A71915 a induit une plus grande apparition de colonies de cellules battantes comparativement à l’OT et l’ANP à un jour précoce de différenciation cardiaque et l’ajout de l’OT ou de l’ANP a potentialisé ses effets, augmentant encore plus la proportion de colonies de cellules battantes. De plus, la taille des colonies de cellules battantes était encore plus importante que sous la simple stimulation de l’OT ou de l’ANP. Les analyses radioimmunologiques dans les cellules SP P19 stimulés avec l’ANP, A71915 et la combinaison des deux pendant 15min, 30min et 60min a montré que l’ANP stimule significativement la production du GMPc, cependant A71915 n’abolit pas les effets de l’ANP et celui-ci au contraire stimule la production du GMPc via des effets agonistes partiels. Conclusion : Nos résultats démontrent d’une part que l’ANP induit la différenciation des cellules SP P19 en CM fonctionnels. D’autre part, il semblerait que la voie de signalisation NPRA-B/GCp/GMPc soit impliquée dans le mécanisme de différenciation cardiaque puisque l’abolition du GMPc médiée par le GCp potentialise la différenciation cardiaque et il semblerait que cette voie de signalisation soit additive de la voie de signalisation induite par l’OT, NO/GCs/GMPc, puisque l’ajout de l’OT à l’antagoniste A71915 stimule plus fortement la différenciation cardiaque que l’OT ou l’A71915 seuls. Cela suggère que l’effet thérapeutique des peptides natriurétiques observé dans la défaillance cardiaque ainsi que les propriétés vasodilatatrices de certains antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques inclus la stimulation de la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Cela laisse donc à penser que les peptides natriurétiques ou les antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques pourraient être une alternative très intéressante dans la thérapie cellulaire visant à induire la régénération cardiovasculaire.

The effects of phorbol esters with different activities on protein kinase C

The sapintoxins are a series of naturally occurring fluorescent phorbol esters with a range of selective biological activities (e.g. pro-inflammatory but non-tumour promoting). Their ability to activate protein kinase C (PKC) in vitro has been studied. Both tumour promoting and non-promoting phorbol derivatives activate the enzyme in vitro at low concentrations. 12-deoxyphorbol-13-phenylacetate-20 acetate (DOPPA) acts as a partial agonist in the activation of protein kinase C. Structurally distinct phorbol esters may therefore preferentially activate different forms of protein kinase C. -sapinine, a biologically inactive compound, binds to protein kinase C without stimulating the enzyme and prevents subsequent activation by phorbol esters such as 12-O-tetradecanoyl phorbol-13-acetate (TPA).

Functional characterisation of alpha(1)-adrenoceptors in denervated rat vas deferens

We investigated whether or not surgical denervation of the rat vas deferens changes the alpha(1)-adrenoceptor subtypes involved in the contractions to noradrenaline. Denervated vas deferens was approximate to22 times more sensitive to noradrenaline (pD(2)=7.35 +/- 0.04) than control vas (pD(2)= 6.01 +/- 0.03). This difference in noradrenaline potency was eliminated when cocaine (6 muM) was added to control vas (pD(2)=7.22 +/- 0.04). The noradrenaline-induced contractions of control and denervated vas deferens were insensitive to the alpha(1B)/alpha(1D)-adrenoceptor alkylating agent chloroethylclonidine (100 muM, 45 min). The concentration-response curves to noradrenaline in control and denervated vas deferens were competitively antagonised by prazosin (pA(2)approximate to9.6), WB-4101 (pA(2)approximate to9.5), 5-methyl urapidil (pA(2)approximate to8.4), phentolamine (pA(2)approximate to8.7), yohimbine (pA(2)approximate to6.9), BMY 7378 (pA(2)approximate to6.9) and indoramin (pA(2)approximate to8.7). After the treatment of control and denervated vas deferens with phenoxybenzamine, the partial agonist oxymetazoline antagonised competitively the concentration-response curves to noradrenaline showing pA(2) values approximate to7.4 in both groups. We conclude that noradrenaline-induced contractions in control and denervated rat vas deferens are mediated by alpha(1A)-adrenoceptors and that surgical denervation of the rat vas deferens is not able to change the alpha(1)-adrenoceptor subtypes involved in the contractions to noradrenaline.

Mode of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Activation by Luteolin

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

GQ-16, a Novel Peroxisome Proliferator-activated Receptor gamma (PPAR gamma) Ligand, Promotes Insulin Sensitization without Weight Gain

The recent discovery that peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR gamma) targeted anti-diabetic drugs function by inhibiting Cdk5-mediated phosphorylation of the receptor has provided a new viewpoint to evaluate and perhaps develop improved insulin-sensitizing agents. Herein we report the development of a novel thiazolidinedione that retains similar anti-diabetic efficacy as rosiglitazone in mice yet does not elicit weight gain or edema, common side effects associated with full PPAR gamma activation. Further characterization of this compound shows GQ-16 to be an effective inhibitor of Cdk5-mediated phosphorylation of PPAR gamma. The structure of GQ-16 bound to PPAR gamma demonstrates that the compound utilizes a binding mode distinct from other reported PPAR gamma ligands, although it does share some structural features with other partial agonists, such as MRL-24 and PA-082, that have similarly been reported to dissociate insulin sensitization from weight gain. Hydrogen/deuterium exchange studies reveal that GQ-16 strongly stabilizes the beta-sheet region of the receptor, presumably explaining the compound's efficacy in inhibiting Cdk5-mediated phosphorylation of Ser-273. Molecular dynamics simulations suggest that the partial agonist activity of GQ-16 results from the compound's weak ability to stabilize helix 12 in its active conformation. Our results suggest that the emerging model, whereby "ideal" PPAR gamma-based therapeutics stabilize the beta-sheet/Ser-273 region and inhibit Cdk5-mediated phosphorylation while minimally invoking adipogenesis and classical agonism, is indeed a valid framework to develop improved PPAR gamma modulators that retain antidiabetic actions while minimizing untoward effects.

Mode of Peroxisome Proliferator-Activated Receptor gamma Activation by Luteolin

The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPAR gamma) is a target for treatment of type II diabetes and other conditions. PPAR gamma full agonists, such as thiazolidinediones (TZDs), are effective insulin sensitizers and anti-inflammatory agents, but their use is limited by adverse side effects. Luteolin is a flavonoid with anti-inflammatory actions that binds PPAR gamma but, unlike TZDs, does not promote adipocyte differentiation. However, previous reports suggested variously that luteolin is a PPAR gamma agonist or an antagonist. We show that luteolin exhibits weak partial agonist/antagonist activity in transfections, inhibits several PPAR gamma target genes in 3T3-L1 cells (LPL, ORL1, and CEBP alpha) and PPAR gamma-dependent adipogenesis, but activates GLUT4 to a similar degree as rosiglitazone, implying gene-specific partial agonism. The crystal structure of the PPAR gamma ligand-binding domain (LBD) reveals that luteolin occupies a buried ligand-binding pocket (LBP) but binds an inactive PPAR gamma LBD conformer and occupies a space near the beta-sheet region far from the activation helix (H12), consistent with partial agonist/antagonist actions. A single myristic acid molecule simultaneously binds the LBP, suggesting that luteolin may cooperate with other ligands to bind PPAR gamma, and molecular dynamics simulations show that luteolin and myristic acid cooperate to stabilize the Omega-loop among H2', H3, and the beta-sheet region. It is noteworthy that luteolin strongly suppresses hypertonicity-induced release of the pro-inflammatory interleukin-8 from human corneal epithelial cells and reverses reductions in transepithelial electrical resistance. This effect is PPAR gamma-dependent. We propose that activities of luteolin are related to its singular binding mode, that anti-inflammatory activity does not require H12 stabilization, and that our structure can be useful in developing safe selective PPAR gamma modulators.

Innate-like control of human iNKT cell autoreactivity via the hypervariable CDR3beta loop

Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are a versatile lymphocyte subset with important roles in both host defense and immunological tolerance. They express a highly conserved TCR which mediates recognition of the non-polymorphic, lipid-binding molecule CD1d. The structure of human iNKT TCRs is unique in that only one of the six complementarity determining region (CDR) loops, CDR3beta, is hypervariable. The role of this loop for iNKT biology has been controversial, and it is unresolved whether it contributes to iNKT TCR:CD1d binding or antigen selectivity. On the one hand, the CDR3beta loop is dispensable for iNKT TCR binding to CD1d molecules presenting the xenobiotic alpha-galactosylceramide ligand KRN7000, which elicits a strong functional response from mouse and human iNKT cells. However, a role for CDR3beta in the recognition of CD1d molecules presenting less potent ligands, such as self-lipids, is suggested by the clonal distribution of iNKT autoreactivity. We demonstrate that the human iNKT repertoire comprises subsets of greatly differing TCR affinity to CD1d, and that these differences relate to their autoreactive functions. These functionally different iNKT subsets segregate in their ability to bind CD1d-tetramers loaded with the partial agonist alpha-linked glycolipid antigen OCH and structurally different endogenous beta-glycosylceramides. Using surface plasmon resonance with recombinant iNKT TCRs and different ligand-CD1d complexes, we demonstrate that the CDR3beta sequence strongly impacts on the iNKT TCR affinity to CD1d, independent of the loaded CD1d ligand. Collectively our data reveal a crucial role for CDR3beta for the function of human iNKT cells by tuning the overall affinity of the iNKT TCR to CD1d. This mechanism is relatively independent of the bound CD1d ligand and thus forms the basis of an inherent, CDR3beta dependent functional hierarchy of human iNKT cells.

Expression and function of 5-hydroxytryptamine 4 receptors in smooth muscle preparations from the duodenum, ileum, and pelvic flexure of horses without gastrointestinal tract disease

OBJECTIVE: To evaluate the expression of the 5-hydroxytryptamine 4 (5-HT4) receptor subtype and investigate the modulating function of those receptors on contractility in intestinal tissues obtained from horses without gastrointestinal tract disease. SAMPLE POPULATION: Smooth muscle preparations from the duodenum, ileum, and pelvic flexure collected immediately after slaughter of 24 horses with no history or signs of gastrointestinal tract disease. PROCEDURES: In isometric organ baths, the contractile activities of smooth muscle preparations in response to 5-hydroxytryptamine and electric field stimulation were assessed; the effect of tegaserod alone or in combination with 5-hydroxytryptamine on contractility of intestinal specimens was also investigated. Presence and distribution of 5-HT4 receptors in intestinal tissues and localization on interstitial cells of Cajal were examined by use of an immunofluorescence technique. RESULTS: Widespread 5-HT4 receptor immunoreactivity was observed in all intestinal smooth muscle layers; 5-HT4 receptors were absent from the myenteric plexus and interstitial cells of Cajal. In electrical field-stimulated tissue preparations of duodenum and pelvic flexure, tegaserod increased the amplitude of smooth muscle contractions in a concentration-dependent manner. Preincubation with tegaserod significantly decreased the basal tone of the 5-HT-evoked contractility in small intestine specimens, compared with the effect of 5-HT alone, thereby confirming that tegaserod was acting as a partial agonist. CONCLUSIONS AND CLINICAL RELEVANCE: In horses, 5-HT4 receptors on smooth muscle cells appear to be involved in the contractile response of the intestinal tract to 5-hydroxytryptamine. Results suggest that tegaserod may be useful for treatment of reduced gastrointestinal tract motility in horses.