Identification and characterization of a MBP isoform specific to hypothalamus in orange-spotted grouper (Epinephelus coioides)

Myelin basic protein (MBP), as a major component of the myelin sheath, has been revealed to play an important role informing and maintaining myelin structure in vertebrate nervous system. In teleost, hypothalamus is an instinctive brain center and plays significant roles in many physiological functions, such as energy metabolism, growth, reproduction, and stress response. In comparison with other MBP identified in vertebrates, a smallest MBP is cloned and identified from the orange-spotted grouper hypothalamic cDNA plasmid library in this study. RT-PCR analysis and Western blot detection indicate that the EcMBP is specific to hypothalamus, and expresses mainly in the tuberal hypothalamus in adult grouper. Immunofluorescence localization suggests that EcMBP should be expressed by oligodendrocytes, and the expressing cells should be concentrated in hypothalamus and the area surrounding hypothalamus, such as NPOpc, VC, DP, NLTm, and NDLI The studies on EcMBP expression pattern and developmental behaviour in the brains of grouper embryos and larvae reveal that the EcMBP-expressing cells are only limited in a defined set of cells on the border of hypothalamus, and suggest that the EcMBP-expressing cells might be a subpopulation of oliaodendrocyte progenitor cells. This study not only identifies a smallest MBP isoform specific to hypothalamus that can be used as a molecular marker of oligodendrocytes in fish, but also provides new insights for MBP evolution and cellular distribution. (C) 2007 Elsevier B.V.. All rights reserved.

Waterborne exposure to PFOS causes disruption of the hypothalamus-pituitary-thyroid axis in zebrafish larvae

Thyroid hormones (THs) play an important role in the normal development and physiological functions in fish. Environmental chemicals may adversely affect thyroid function by disturbing gene transcription. Perfluorooctane sulfonate (PFOS), a persistent compound, is widely distributed in the aquatic environment and wildlife. In the present study, we investigated whether PFOS could disrupt the hypothalamic– pituitary–thyroid (HPT) axis. Zebrafish embryos were exposed to various concentrations of PFOS (0, 100, 200 and 400 lg L 1) and gene expression patterns were examined 15 d post-fertilization. The expression of several genes in the HPT system, i.e., corticotropin-releasing factor (CRF), thyroid-stimulating hormone (TSH), sodium/iodide symporter (NIS), thyroglobulin (TG), thyroid peroxidase (TPO), transthyretin (TTR), iodothyronine deiodinases (Dio1 and Dio2) and thyroid receptor (TRa and TRb), was quantitatively measured using real-time PCR. The gene expression levels of CRF and TSH were significantly up-regulated and down-regulated, respectively, upon exposure to 200 and 400 lg L 1 PFOS. A significant increase in NIS and Dio1 gene expression was observed at 200 lg L 1 PFOS exposure, while TG gene expression was down-regulated at 200 and 400 lg L 1 PFOS exposure. TTR gene expression was down-regulated in a concentration-dependent manner. Up-regulation and down-regulation of TRa and TRb gene expression, respectively, was observed upon exposure to PFOS. The whole body thyroxine (T4) content remained unchanged, whereas triiodothyronine (T3) levels were significantly increased, which could directly reflect disrupted thyroid hormone status after PFOS exposure. The overall results indicated that PFOS exposure could alter gene expression in the HPT axis and that mechanisms of disruption of thyroid status by PFOS could occur at several steps in the synthesis, regulation, and action of thyroid hormones.

The role of the hypothalamic kisspeptin/GPR54 system in the control of GnRH neurons

Summary : The hypothalamus represents less than 1 % of the total volume of the brain tissue, yet it plays a crucial role in endocrine regulations. Puberty is defined as a process leading to physical, sexual and psychosocial maturation. The hypothalamus is central to this process, via the activation of GnRH neurons. Pulsatile GnRH secretion, minimal during childhood, increases with the onset of puberty. The primary function of GnRH is to regulate the growth, development and function of testes in boys and ovaries in girls, by stimulating the pituitary gland secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). Several factors contribute to the timing of puberty, including sex and ethnicity, genetics, dietary intake and energy expenditure. Kisspeptins constitute a family of small peptides arising from the proteolytic cleavage of metastin, a peptide with 54 amino acids initially purified from human placenta. These kisspeptins were the subject of much attention following their discovery because of their antimetastatic properties, but it was more recently that their determining role in the reproductive function was demonstrated. It was shown that kisspeptins are ligands of a receptor, GPR54, whose natural inactivating mutation in humans, or knockout in the mouse, lead to infertility. GnRH neurons play a pivotal role in the central regulation of fertility. Kisspeptin greatly increases GnRH release and GnRH neuron firing activity, but the neurobiological mechanisms for these actions are unknown. Gprotein-coupled receptor 54, the receptor for kisspeptin, is expressed by GnRH neurons as well as other hypothalamic neurons, suggesting that both direct and indirect effects are possible. In the first part of my thesis, we investigated a possible connection between the acceleration of sexual development induced by leptin and hypothalamic metastin neurons. However, the data generated by our preliminary experiments confirmed that the commercially available antibodies are non-specific. This finding constituted a major drawback for our studies, which relied heavily upon the neuroanatomical study of the hypothalamic metastinergic pathways to elucidate their sensitivity to exogenous leptin. Therefore, we decided to postpone any further in vivo experiment until a better antibody becomes available, and focused on in vitro studies to better understand the mechanisms of action of kisspeptins in the modulation of the activity of GnRH neurons. We used two GnRH-expressing neuronal cell lines to investigate the cellular and molecular mechanisms of action of metastin in GnRH neurons. We demonstrated that kisspeptin induces an early activation of the MAP kinase intracellular signaling pathway in both cell lines, whereas the SAP/JNK or the Akt pathways were unaffected. Moreover, we found an increase in GnRH mRNA levels after 6h of metastin stimulation. Thus, we can conclude that kisspeptin regulates GnRH neurons both at the secretion and the gene expression levels. The MAPK pathway is the major pathway activated by metastin in GnRH expressing neurons. Taken together, these data provide the first mechanism of action of kisspeptin on GnRH neurons. Résumé : L'hypothalamus est une zone située au centre du cerveau, dont il représente moins de 1 du volume total. La puberté est la période de transition entre l'enfance et l'age adulte, qui s'accompagne de transformations somatiques, psychologiques, métaboliques et hormonales conduisant à la possibilité de procréer. La fonction principale de la GnRH est la régulation de la croissance, du développement et de la fonction des testicules chez les hommes, et des ovaires chez les femmes en stimulant la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculostimulante (FSH) par la glande hypophysaire. Plusieurs facteurs contribuent au déclanchement de la puberté, y compris le sexe et l'appartenance ethnique, la génétique, l'apport alimentaire et la dépense énergétique. Les Kisspeptines constituent une famille de peptides résultant de la dissociation proteolytique de la métastine, un peptide de 54 acides aminés initialement purifié à partir de placenta humain. Ces kisspeptines ont fait l'objet de beaucoup d'attention à la suite de leur découverte en raison de leurs propriétés anti-metastatiques, et c'est plus récemment que leur rôle déterminant dans la fonction reproductive a été démontré. Les kisspeptines sont des ligands du récepteur GPR54, dont la mutation inactivatrice chez l'homme, ou le knockout chez la souris, conduisent à l'infertilité par hypogonadisme hypogonadotrope. Les neurones à GnRH jouent un rôle central dans le règlement des fonctions reproductrices et la kisspeptine stimule l'activité des neurones à GnRH et la libération de GnRH par ces neurones. Toutefois, les mécanismes neurobiologiques de ces actions ne sont pas connus. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le lien potentiel entre l'accélération du développement sexuel induite par la leptine et les neurones hypothalamiques à metastine. Les données générées dans cette première série d'expériences ont malheureusement confirmé que les anticorps anti-metastine disponibles dans le commerce sont aspécifiques. Ceci a constitué un inconvénient majeur pour nos études, qui devaient fortement s'appuyer sur l' étude neuroanatomique des neurones hypothalamiques à metastine pour évaluer leur sensibilité à la leptine exogène. Nous avons donc décidé de focaliser nos travaux sur une étude in vitro des mécanismes d'action de la kisspeptine pour moduler l'activité des neurones à GnRH. Nous avons utilisé deux lignées de cellules neuronales exprimant la GnRH pour étudier les mécanismes d'action cellulaires et moléculaires de la metastine dans des neurones. Nous avons ainsi pu démontrer que la kisspeptine induit une activation précoce de la voie f de signalisation de la MAP kinase dans les deux lignées cellulaires, alors que nous n'avons observé aucune activation de la voie de signalisation de la P13 Kinase et de la SAP/JNK. Nous avons en outre démontré une augmentation de l'expression de la GnRH par la stimulation avec la Kisspeptine. L'ensemble de ces données contribue à élucider le mécanisme d'action avec lequel la kisspeptine agit dans les neurones à GnRH, en démontrant un effet sur l'expression génique de la GnRH. Nous pouvons également conclure que la voie de la MAPK est la voie principale activée par la metastine dans les neurones exprimant la GnRH.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Studies on the exaggerated inflammatory response caused by streptococcus suis at systemic and central nervous system levels

Streptococcus suis de type 2 est un microorganisme pathogène d’importance chez le porc. Il est la cause de différentes pathologies ayant comme caractéristique commune la méningite. C’est également un agent émergeant de zoonose : des cas cliniques humains ont récemment été rapportés en Asie. Cependant, la pathogénèse de S. suis n’est pas encore complètement élucidée. Jusqu’à présent, la réponse pro-inflammatoire initiée par S. suis n’a été étudiée qu’in vitro. L’étude du choc septique et de la méningite requiert toujours des modèles expérimentaux appropriés. Au cours de cette étude, nous avons développé un modèle in vivo d’infection chez la souris qui utilise la voie d’inoculation intra-péritonéale. Ce modèle a servi à l’étude de la réponse pro-inflammatoire associée à ce pathogène, tant au niveau systémique qu’au niveau du système nerveux central (SNC). Il nous a également permis de déterminer si la sensibilité aux infections à S. suis pouvait être influencée par des prédispositions génétiques de l’hôte. Le modèle d’infection par S. suis a été mis au point sur des souris de lignée CD1. Les résultats ont démontré une bactériémie élevée pendant les trois jours suivant l’infection. Celle-ci était accompagnée d’une libération rapide et importante de différentes cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-12p40/p70, IFN-ɣ) et de chémokines (KC, MCP-1 and RANTES), qui ont entraîné un choc septique et la mort de 20 % des animaux. Ensuite, pour confirmer le rôle de l’inflammation sur la mortalité et pour déterminer si les caractéristiques génétiques de l’hôte pouvaient influencer la réponse inflammatoire et l’issue de la maladie, le modèle d’infection a été étendu à deux lignées murines consanguines différentes considérées comme résistante : la lignée C57BL/6 (B6), et sensible : la lignée A/J. Les résultats ont démontré une importante différence de sensibilité entre les souris A/J et les souris B6, avec un taux de mortalité atteignant 100 % à 20 h post-infection (p.i.) pour la première lignée et de seulement 16 % à 36 h p.i. pour la seconde. La quantité de bactéries dans le sang et dans les organes internes était similaire pour les deux lignées. Donc, tout comme dans la lignée CD1, la bactériémie ne semblait pas être liée à la mort des souris. La différence entre les taux de mortalité a été attribuée à un choc septique non contrôlé chez les souris A/J infectées par S. suis. Les souris A/J présentaient des taux exceptionnellement élevés de TNF-α, IL-12p40/p70, IL-1β and IFN- γ, significativement supérieurs à ceux retrouvés dans la lignée B6. Par contre, les niveaux de chémokines étaient similaires entre les lignées, ce qui suggère que leur influence est limitée dans le développement du choc septique dû à S. suis. Les souris B6 avaient une production plus élevée d’IL-10, une cytokine anti-inflammatoire, ce qui suppose que la cascade cytokinaire pro-inflammatoire était mieux contrôlée, entraînant un meilleur taux de survie. Le rôle bénéfique potentiel de l’IL-10 chez les souris infectées par S. suis a été confirmé par deux approches : d’une part en bloquant chez les souris B6 le récepteur cellulaire à l’IL-10 (IL-10R) par un anticorps monoclonal anti-IL-10R de souris et d’autre part en complémentant les souris A/J avec de l’IL-10 de souris recombinante. Les souris B6 ayant reçu le anticorps monoclonal anti-IL-10R avant d’être infectées par S. suis ont développé des signes cliniques aigus similaires à ceux observés chez les souris A/J, avec une mortalité rapide et élevée et des taux de TNF-α plus élevés que les souris infectées non traitées. Chez les souris A/J infectées par S. suis, le traitement avec l’IL-10 de souris recombinante a significativement retardé l’apparition du choc septique. Ces résultats montrent que la survie au choc septique dû à S. suis implique un contrôle très précis des mécanismes pro- et anti-inflammatoires et que la réponse anti-inflammatoire doit être activée simultanément ou très rapidement après le début de la réponse pro-inflammatoire. Grâce à ces expériences, nous avons donc fait un premier pas dans l’identification de gènes associés à la résistance envers S. suis chez l’hôte. Une des réussites les plus importantes du modèle d’infection de la souris décrit dans ce projet est le fait que les souris CD1 ayant survécu à la septicémie présentaient dès 4 jours p.i. des signes cliniques neurologiques clairs et un syndrome vestibulaire relativement similaires à ceux observés lors de méningite à S. suis chez le porc et chez l’homme. L’analyse par hybridation in situ combinée à de l’immunohistochimie des cerveaux des souris CD1 infectées a montré que la réponse inflammatoire du SNC débutait avec une augmentation significative de la transcription du Toll-like receptor (TLR)2 et du CD14 dans les microvaisseaux cérébraux et dans les plexus choroïdes, ce qui suggère que S. suis pourrait se servir de ces structures comme portes d’entrée vers le cerveau. Aussi, le NF-κB (suivi par le système rapporteur de l’activation transcriptionnelle de IκBα), le TNF-α, l’IL-1β et le MCP-1 ont été activés, principalement dans des cellules identifiées comme de la microglie et dans une moindre mesure comme des astrocytes. Cette activation a également été observée dans différentes structures du cerveau, principalement le cortex cérébral, le corps calleux, l’hippocampe, les plexus choroïdes, le thalamus, l’hypothalamus et les méninges. Partout, cette réaction pro-inflammatoire était accompagnée de zones extensives d’inflammation et de nécrose, de démyélinisation sévère et de la présence d’antigènes de S. suis dans la microglie. Nous avons mené ensuite des études in vitro pour mieux comprendre l’interaction entre S. suis et la microglie. Pour cela, nous avons infecté des cellules microgliales de souris avec la souche sauvage virulente (WT) de S. suis, ainsi qu’avec deux mutants isogéniques, un pour la capsule (CPS) et un autre pour la production d’hémolysine (suilysine). Nos résultats ont montré que la capsule était un important mécanisme de résistance à la phagocytose pour S. suis et qu’elle modulait la réponse inflammatoire, en dissimulant les composants pro-inflammatoires de la paroi bactérienne. Par contre, l’absence d’hémolysine, qui est un facteur cytotoxique potentiel, n’a pas eu d’impact majeur sur l’interaction de S. suis avec la microglie. Ces études sur les cellules microgliales ont permis de confirmer les résultats obtenus précédemment in vivo. La souche WT a induit une régulation à la hausse du TLR2 ainsi que la production de plusieurs médiateurs pro-inflammatoires, dont le TNF-α et le MCP-1. S. suis a induit la translocation du NF-kB. Cet effet était plus rapide dans les cellules stimulées par le mutant déficient en CPS, ce qui suggère que les composants de la paroi cellulaire représentent de puissants inducteurs du NF-kB. De plus, la souche S. suis WT a stimulé l’expression de la phosphotyrosine, de la PKC et de différentes cascades liées à l’enzyme mitogen-activated protein kinase (MAPK). Cependant, les cellules microgliales infectées par le mutant déficient en CPS ont montré des profils de phosphorylation plus forts et plus soutenus que celles infectées par le WT. Finalement, la capsule a aussi modulé l’expression de l’oxyde nitrique synthétase inductible (iNOS) induite par S. suis et par la production subséquente d’oxyde nitrique par la microglie. Ceci pourrait être lié in vivo à la neurotoxicité et à la vasodilatation. Nous pensons que ces résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes sous-tendant l’induction de l’inflammation par S. suis, ce qui devrait permettre, d’établir éventuellement des stratégies plus efficaces de lutte contre la septicémie et la méningite. Enfin, nous pensons que ce modèle expérimental d’infection chez la souris pourra être utilisé dans l’étude de la pathogénèse d’autres bactéries ayant le SNC pour cible.

New molecular variants of hypothalamus-pituitary-gonad axis genes and their association with early puberty phenotype in Bos taurus indicus (Nellore)

Endocrine system plays a major role in the control of reproductive functions which are regulated by the hypothalamus-pituitary-gonad axis and its interactions. FSH and LH receptor genes are expressed at the gonads and GnRH receptor gene is expressed at the anterior pituitary gland. Misense mutations of the FSH, LH or GnRH receptors, activating or inactivating their functions in mammals, are potentially useful to allow the understanding of the role of this group of gonadotropins in reproductive phenotypes as early puberty and birth interval length. In the present study, polymorphisms in bovine exon 11 and 3`UTR of LHR, exon 10 and 3`UTR of FSHR and GnRHR genes were characterized with some of them resulting in changes in the aminoacidic chain. These polymorphic sites were found in a Bos taurus indicus (Nellore) female population by means of PCR-SSCP and DNA sequencing. Association between nucleotidic/aminoacidic changes and early puberty were determined by Chi-square analysis. It was found association between FSHR 3`UTR polymorphisms at position 2181, 2248 and 2249 bp and early puberty phenotype (p < 0.05). The presence of these new molecular markers might be considered in further studies to validate its correlation with early puberty or other reproduction associated phenotypes in cattle breeds. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

Differential regulation of the renin-angiotensin system by nicotine in WKY and SHR glia

Given that (1) the renin-angiotensin system (RAS) is compartmentalized within the central nervous system in neurons and glia (2) the major source of brain angiotensinogen is the glial cells, (3) the importance of RAS in the central control of blood pressure, and (4) nicotine increases the probability of development of hypertension associated to genetic predisposition; the objective of the present study was to evaluate the effects of nicotine on the RAS in cultured glial cells from the brainstem and hypothalamus of Wistar Kyoto (WKY) and spontaneously hypertensive (SHR) rats. Ligand binding, real-time PCR and western blotting assays were used to compare the expression of angiotensinogen, angiotensin converting enzyme, angiotensin converting enzyme 2 and angiotensin II type1 receptors. We demonstrate, for the first time, that there are significant differences in the basal levels of RAS components between WKY and SHR rats in glia from 1-day-old rats. We also observed that nicotine is able to modulate the renin-angiotensin system in glial cells from the brainstem and hypothalamus and that the SHR responses were more pronounced than WKY ones. The present data suggest that nicotine effects on the RAS might collaborate to the development of neurogenic hypertension in SHR through modulation of glial cells.

Dipeptidyl peptidase IV in the hypothalamus and hippocampus of monosodium glutamate obese and food-deprived rats

Proline-specific dipeptidyl peptidases are emerging as a protease family with important roles in the regulation of signaling by peptide hormones related to energy balance. The treatment of neonatal rats with monosodium glutamate (MSG) is known to produce a selective damage on the arcuate nucleus with development of obesity. This study investigates the relationship among dipeptidyl peptidase IV (DPPIV) hydrolyzing activity, CD26 protein, fasting, and MSG model of obesity in 2 areas of the central nervous system. Dipeptidyl peptidase IV and CD26 were, respectively, evaluated by fluorometry, and enzyme-linked immunosorbent assay and reverse transcriptase polymerase chain reaction in soluble (SF) and membrane-bound (MF) fractions from the hypothalamus and hippocampus of MSG-treated and normal rats, submitted or not to food deprivation (FD). Dipeptidyl peptidase IV in both areas was distinguished kinetically as insensitive (DI) and sensitive (DS) to diprotin A. Compared with the controls, MSG and/or FD decreased the activity of DPPIV-DI in the SF and MF from the hypothalamus, as well as the activity of DPPIV-DS in the SF from the hypothalamus and in the MF from the hippocampus. Monosodium glutamate and/or FD increased the activity of DPPIV-DI in the MF from the hippocampus. The monoclonal protein expression of membrane CD26 by enzyme-linked immunosorbent assay decreased in the hypothalamus and increased in the hippocampus of MSG and/or FD relative to the controls. The existence of DPPIV-like activity with different sensitivities to diprotin A and the identity of insensitive with CD26 were demonstrated for the first time in the central nervous system. Data also demonstrated the involvement of DPPIV-DI/CD26 hydrolyzing activity in the energy balance probably through the regulation of neuropeptide Y and beta-endorphin levels in the hypothalamus and hippocampus. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Investigation of the hypothalamic defensive system in the mouse

The hypothalamus plays especially important roles in various endocrine, autonomic, and behavioral responses that guarantee the survival of both the individual and the species. In the rat, a distinct hypothalamic defensive circuit has been defined as critical for integrating predatory threats, raising an important question as to whether this concept could be applied to other prey species. To start addressing this matter, in the present study, we investigated, in another prey species (the mouse), the pattern of hypothalamic Fos immunoreactivity in response to exposure to a predator (a rat, using the Rat Exposure Test). During rat exposure, mice remained concealed in the home chamber for a longer period of time and increased freezing and risk assessment activity. We were able to show that the mouse and the rat present a similar pattern of hypothalamic activation in response to a predator. Of particular note, similar to what has been described for the rat, we observed in the mouse that predator exposure induces a striking activation in the elements of the medial hypothalamic defensive system, namely, the anterior hypothalamic nucleus, the dorsomedial part of the ventromedial hypothalamic nucleus and the dorsal premammillary nucleus. Moreover, as described for the rat, predator-exposed mice also presented increased Fos levels in the autonomic and parvicellular parts of the paraventricular hypothalamic nucleus, lateral preoptic area and subfornical region of the lateral hypothalamic area. In conclusion, the present data give further support to the concept that a specific hypothalamic defensive circuit should be preserved across different prey species. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Sensing danger through the olfactory system: The role of the hypothalamic dorsal premammillary nucleus

The dorsal premammillary nucleus (PMd) has a critical role on the expression of defensive responses to predator odor. Anatomical evidence suggests that the PMd should also modulate memory processing through a projecting branch to the anterior thalamus. By using a pharmacological blockade of the PMd with the NMDA-receptor antagonist 2-amino-5-phosphonopentanoic acid (AP5), we were able to confirm its role in the expression of unconditioned defensive responses, and further revealed that the nucleus is also involved in influencing associative mechanisms linking predatory threats to the related context. We have also tested whether olfactory fear conditioning, using coffee odor as CS, would be useful to model predator odor. Similar to cat odor, shock-paired coffee odor produced robust defensive behavior during exposure to the odor and to the associated context. Shock-paired coffee odor also up-regulated Fos expression in the PMd, and, as with cat odor, we showed that this nucleus is involved in the conditioned defensive responses to the shock-paired coffee odor and the contextual responses to the associated environment. (C) 2008 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Inflammation of the Hypothalamus Leads to Defective Pancreatic Islet Function

Type 2 diabetes mellitus results from the complex association of insulin resistance and pancreatic beta-cell failure. Obesity is the main risk factor for type 2 diabetes mellitus, and recent studies have shown that, in diet-induced obesity, the hypothalamus becomes inflamed and dysfunctional, resulting in the loss of the perfect coupling between caloric intake and energy expenditure. Because pancreatic beta-cell function is, in part, under the control of the autonomic nervous system, we evaluated the role of hypothalamic inflammation in pancreatic islet function. In diet-induced obesity, the earliest markers of hypothalamic inflammation are present at 8 weeks after the beginning of the high fat diet; similarly, the loss of the first phase of insulin secretion is detected at the same time point and is restored following sympathectomy. Intracerebroventricular injection of a low dose of tumor necrosis factor a leads to a dysfunctional increase in insulin secretion and activates the expression of a number of markers of apoptosis in pancreatic islets. In addition, the injection of stearic acid intracerebroventricularly, which leads to hypothalamic inflammation through the activation of tau-like receptor-4 and endoplasmic reticulum stress, produces an impairment of insulin secretion, accompanied by increased expression of markers of apoptosis. The defective insulin secretion, in this case, is partially dependent on sympathetic signal-induced peroxisome proliferator receptor-gamma coactivator Delta a and uncoupling protein-2 expression and is restored after sympathectomy or following PGC1 alpha expression inhibition by an antisense oligonucleotide. Thus, the autonomic signals generated in concert with hypothalamic inflammation can impair pancreatic islet function, a phenomenon that may explain the early link between obesity and defective insulin secretion.

The orexinergic system in rainbow trout Oncorhynchus mykiss and its regulation by dietary lipids

In this study, we report the distribution of orexin A (OXA), orexin B (OXB), and orexin receptor (OX2R) immunoreactive (ir) cells in the hypothalamus and gastrointestinal tract of Oncorhynchus mykiss fed diets with different dietary fatty acid compositions. Trout were fed five iso-energetic experimental diets containing fish oil, or one of four different vegetable oils (olive, sunflower, linseed, and palm oils) as the added dietary lipid source for 12 weeks. OXA, OXB, and OX2R immunoreactive neurons and nervous fibers were identified in the lateral and ventro-medial hypothalamus. OXA, OXB, and OX2R ir cells were found in the mucosa and glands of the stomach and in the mucosa of both the pyloric cecae and intestine. OX2R ir cells were localized in the mucosa layer of both the pyloric cecae and intestine. These immunohistochemical (IHC) results were confirmed via Western blotting. Antibodies against preproorexin (PPO) crossreacted with a band of ∼16 kDa in the hypothalamus, stomach, pyloric cecae, and intestine. Antibodies against OX2R crossreacted with a band of ∼38 kDa in the hypothalamus, pyloric cecae, and intestine. The presence and distribution of OXA, OXB, and OX2R ir cells in the hypothalamus and gastrointestinal tract did not appear to be affected by dietary oils. The presence of orexin system immunoreactive cells in the stomach, pyloric cecae, and intestine of rainbow trout, but not in the enteric nervous system, could suggest a possible role of these peptides as signaling of gastric emptying or endocrine modulation, implying a main local action played by orexins.

Investigation of the hypothalamic defensive system in the mouse

The hypothalamus plays especially important roles in various endocrine, autonomic, and behavioral responses that guarantee the survival of both the individual and the species. In the rat, a distinct hypothalamic defensive circuit has been defined as critical for integrating predatory threats, raising an important question as to whether this concept could be applied to other prey species. To start addressing this matter, in the present study, we investigated, in another prey species (the mouse), the pattern of hypothalamic Fos immunoreactivity in response to exposure to a predator (a rat, using the Rat Exposure Test). During rat exposure, mice remained concealed in the home chamber for a longer period of time and increased freezing and risk assessment activity. We were able to show that the mouse and the rat present a similar pattern of hypothalamic activation in response to a predator. of particular note, similar to what has been described for the rat, we observed in the mouse that predator exposure induces a striking activation in the elements of the medial hypothalamic defensive system, namely, the anterior hypothalamic nucleus, the dorsomedial part of the ventromedial hypothalamic nucleus and the dorsal premammillary nucleus. Moreover, as described for the rat, predator-exposed mice also presented increased Fos levels in the autonomic and parvicellular parts of the paraventricular hypothalamic nucleus, lateral preoptic area and subfornical region of the lateral hypothalamic area. In conclusion, the present data give further support to the concept that a specific hypothalamic defensive circuit should be preserved across different prey species. (C) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Fos-like immunoreactivity in central nervous system of mice simultaneously exposed to the elevated plus-maze and nociception

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

Activation of paraventricular nucleus of hypothalamus 5-HT1A receptor on sodium intake

Hypothalamic paraventricular nucleus (PVN) has an important role in the regulation of water and sodium intake. Several researches described the presence of 5-HT1 receptors in the central nervous system. 5-HTIA was one of the prime receptors identified and it is found in the somatodendritic and post-synaptic forms. Therefore, the aim of this study was to investigate the participation of serotonergic 5-HT1A receptors in the PVN on the sodium intake induced by sodium depletion followed by 24 h of deprivation (injection of the diuretic furosemide plus 24 h of sodium-deficient diet). Rats (280-320 g) were submitted to the implant of cannulas bilaterally in the PVN. 5-HT injections (10 and 20 mu g/0.2 mu l) in the PVN reduced NaCl 1.8% intake. 8-OH-DPAT injections (2.5 and 5.0 fig/0.2 mu l) in the PVN also reduced NaCl 1.8% intake. pMPPF bilateral injections (5-HT1A antagonist) previously to 8-OH-DPAT injections have completely blocked the inhibitory effect over NaCl 1.8% intake. 5-HT1A antagonists partially reduced the inhibitory effect of 5-HT on NaCl 1.8% intake induced by sodium depletion. In contrast, the intake of palatable solution (2% sucrose) under body fluid-replete conditions was not changed after bilateral PVN 8-OH-DPTA injections. The results show that 5HT(1A) serotonergic mechanisms in the PVN modulate sodium intake induced by sodium loss. The finding that sucrose intake was not affected by PVN 5-HT1A activation suggests that the effects of the 5-HT1A treatments on the intake of NaCl are not due to mechanisms producing a nonspecific decrease of all ingestive behaviors. (c) 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.