Outer membrane vesicles from cold-adapted antarctic bacteria

Many Gram-negative, cold-adapted bacteria from the Antarctic environment produce large amounts of extracellular matter with potential biotechnological applications. Transmission electron microscopy (TEM) analysis after high-pressure freezing and freeze substitution (HPF-FS) showed that this extracellular matter is structurally complex, appearing around cells as a netlike mesh, and composed of an exopolymeric substance (EPS) containing large numbers of outer membrane vesicles (OMVs). Isolation, purification and protein profiling via 1D SDS-PAGE confirmed the outer membrane origin of these Antarctic bacteria OMVs. In an initial attempt to elucidate the role of OMVs in cold-adapted strains of Gram-negative bacteria, a proteomic analysis demonstrated that they were highly enriched in outer membrane proteins and periplasmic proteins associated with nutrient processing and transport, suggesting that the OMVs may be involved in nutrient sensing and bacterial survival. OMVs from Gram-negative bacteria are known to play a role in lateral DNA transfer, but the presence of DNA in these vesicles has remained difficult to explain. A structural study of Shewanella vesiculosa M7T using TEM and Cryo-TEM revealed that this Antarctic Gram-negative bacterium naturally releases conventional one-bilayer OMVs, together with a more complex type of OMV, previously undescribed, which on formation drags along inner membrane and cytoplasmic content and can therefore also entrap DNA.

Outer membrane vesicles from cold-adapted antarctic bacteria

Many Gram-negative, cold-adapted bacteria from the Antarctic environment produce large amounts of extracellular matter with potential biotechnological applications. Transmission electron microscopy (TEM) analysis after high-pressure freezing and freeze substitution (HPF-FS) showed that this extracellular matter is structurally complex, appearing around cells as a netlike mesh, and composed of an exopolymeric substance (EPS) containing large numbers of outer membrane vesicles (OMVs). Isolation, purification and protein profiling via 1D SDS-PAGE confirmed the outer membrane origin of these Antarctic bacteria OMVs. In an initial attempt to elucidate the role of OMVs in cold-adapted strains of Gram-negative bacteria, a proteomic analysis demonstrated that they were highly enriched in outer membrane proteins and periplasmic proteins associated with nutrient processing and transport, suggesting that the OMVs may be involved in nutrient sensing and bacterial survival. OMVs from Gram-negative bacteria are known to play a role in lateral DNA transfer, but the presence of DNA in these vesicles has remained difficult to explain. A structural study of Shewanella vesiculosa M7T using TEM and Cryo-TEM revealed that this Antarctic Gram-negative bacterium naturally releases conventional one-bilayer OMVs, together with a more complex type of OMV, previously undescribed, which on formation drags along inner membrane and cytoplasmic content and can therefore also entrap DNA.

Some biological aspects of the weed Lesser celandine (Ranunculus ficaria)

Lesser celandine (Ranunculaceae) is a perennial weed with tuberous root. Tubers are the most important means of reproduction and dispersion of this weed. In recent years, it has spread into wheat fields in Western Iran, mainly in the Lorestan province. A series of experiments were conducted to determine cardinal temperatures and to study the effects of pre-chilling, temperature fluctuations, tuber size, freezing and drying on germination of the tubers, as well as the effect of planting depth on sprouting of the tubers. The results obtained showed that the highest percentage of germination occurred when tubers were stored for more than 2 weeks at 4 or 8 ºC. The optimum temperature for germination differed in large and small tubers (8 and 14oC, respectively). Germination was the highest (almost 100%) at temperature fluctuations of 5-10oC. Germination of the finger-like and small tubers was the highest (95%); however, very small, small, and broken tubers showed the lowest germination percentage. In the freezing experiment, decreasing the temperature and increasing the storage duration decreased the germination of tubers. Increasing the osmotic potential and temperature resulted in decreased tuber germination of Lesser celandine. Lesser celandine could sprout down to 20 cm depth but heat demand for tubers from superficial depth was smaller than for tubers planted at greater depth.

Rapid eye movement sleep deprivation induces an increase in acetylcholinesterase activity in discrete rat brain regions

Some upper brainstem cholinergic neurons (pedunculopontine and laterodorsal tegmental nuclei) are involved in the generation of rapid eye movement (REM) sleep and project rostrally to the thalamus and caudally to the medulla oblongata. A previous report showed that 96 h of REM sleep deprivation in rats induced an increase in the activity of brainstem acetylcholinesterase (Achase), the enzyme which inactivates acetylcholine (Ach) in the synaptic cleft. There was no change in the enzyme's activity in the whole brain and cerebrum. The components of the cholinergic synaptic endings (for example, Achase) are not uniformly distributed throughout the discrete regions of the brain. In order to detect possible regional changes we measured Achase activity in several discrete rat brain regions (medulla oblongata, pons, thalamus, striatum, hippocampus and cerebral cortex) after 96 h of REM sleep deprivation. Naive adult male Wistar rats were deprived of REM sleep using the flower-pot technique, while control rats were left in their home cages. Total, membrane-bound and soluble Achase activities (nmol of thiocholine formed min-1 mg protein-1) were assayed photometrically. The results (mean ± SD) obtained showed a statistically significant (Student t-test) increase in total Achase activity in the pons (control: 147.8 ± 12.8, REM sleep-deprived: 169.3 ± 17.4, N = 6 for both groups, P<0.025) and thalamus (control: 167.4 ± 29.0, REM sleep-deprived: 191.9 ± 15.4, N = 6 for both groups, P<0.05). Increases in membrane-bound Achase activity in the pons (control: 171.0 ± 14.7, REM sleep-deprived: 189.5 ± 19.5, N = 6 for both groups, P<0.05) and soluble enzyme activity in the medulla oblongata (control: 147.6 ± 16.3, REM sleep-deprived: 163.8 ± 8.3, N = 6 for both groups, P<0.05) were also observed. There were no statistically significant differences in the enzyme's activity in the other brain regions assayed. The present findings show that the increase in Achase activity induced by REM sleep deprivation was specific to the pons, a brain region where cholinergic neurons involved in REM generation are located, and also to brain regions which receive cholinergic input from the pons (the thalamus and medulla oblongata). During REM sleep extracellular levels of Ach are higher in the pons, medulla oblongata and thalamus. The increase in Achase activity in these brain areas after REM sleep deprivation suggests a higher rate of Ach turnover.

Effects of septal cholinergic lesion on rat exploratory behavior in an open-field

The medial septum participates in the modulation of exploratory behavior triggered by novelty. Also, selective lesions of the cholinergic component of the septohippocampal system alter the habituation of rats to an elevated plus-maze without modifying anxiety indices. We investigated the effects of the intraseptal injection of the cholinergic immunotoxin 192 IgG-saporin (SAP) on the behavior of rats in an open-field. Thirty-nine male Wistar rats (weight: 194-230 g) were divided into three groups, non-injected controls and rats injected with either saline (0.5 µl) or SAP (237.5 ng/0.5 µl). Twelve days after surgery, the animals were placed in a square open-field (120 cm) and allowed to freely explore for 5 min. After the test, the rats were killed by decapitation and the septum, hippocampus and frontal cortex were removed and assayed for acetylcholinesterase activity. SAP increased acetylcholinesterase activity in the septum, hippocampus and frontal cortex and decreased the total distance run (9.15 ± 1.51 m) in comparison to controls (13.49 ± 0.91 m). The time spent in the center and at the periphery was not altered by SAP but the distance run was reduced during the first and second minutes (2.43 ± 0.36 and 1.75 ± 0.34 m) compared to controls (4.18 ± 0.26 and 3.14 ± 0.25 m). SAP-treated rats showed decreased but persistent exploration throughout the session. These results suggest that septohippocampal cholinergic mechanisms contribute to at least two critical processes, one related to the motivation to explore new environments and the other to the acquisition and storage of spatial information (i.e., spatial memory).

Nocardia otitidiscaviarum (GAM-5) induces parkinsonian-like alterations in mouse

Parkinson's disease, a major neurodegenerative disorder in humans whose etiology is unknown, may be associated with some environmental factors. Nocardia otitidiscaviarum (GAM-5) isolated from a patient with an actinomycetoma produced signs similar to Parkinson's disease following iv injection into NMRI mice. NMRI mice were infected intravenously with a non-lethal dose of 5 x 10(6) colony forming units of N. otitidiscaviarum (GAM-5). Fourteen days after bacterial infection, most of the 60 mice injected exhibited parkinsonian features characterized by vertical head tremor, akinesia/bradykinesia, flexed posture and postural instability. There was a peak of nocardial growth in the brain during the first 24 h followed by a decrease, so that by 14 days nocardiae could no longer be cultured. At 24 h after infection, Gram staining showed nocardiae in neurons in the substantia nigra and occasionally in the brain parenchyma in the frontal and parietal cortex. At 21 days post-infection, tyrosine hydroxylase immunolabeling showed a 58% reduction of tyrosine hydroxylase in the substantia nigra, and a 35% reduction of tyrosine hydroxylase in the ventral tegmental region. Dopamine levels were reduced from 110 ± 32.5 to 58 ± 16.5 ng/mg protein (47.2% reduction) in brain from infected mice exhibiting impaired movements, whereas serotonin levels were unchanged (191 ± 44 protein in control and 175 ± 39 ng/mg protein in injected mice). At later times, intraneuronal inclusion bodies were observed in the substantia nigra. Our observations emphasize the need for further studies of the potential association between Parkinson's disease or parkinsonism-like disease and exposure to various nocardial species.

Optimization of the RNeasy Mini Kit to obtain high-quality total RNA from sessile cells of Staphylococcus aureus

Biofilm formed by Staphylococcus aureus is considered an important virulence trait in the pathogenesis of infections associated with implantable medical devices. Gene expression analyses are important strategies for determining the mechanisms involved in production and regulation of biofilm. Obtaining intact RNA preparations is the first and most critical step for these studies. In this article, we describe an optimized protocol for obtaining total RNA from sessile cells of S. aureus using the RNeasy Mini Kit. This method essentially consists of a few steps, as follows: 1) addition of acetone-ethanol to sessile cells, 2) lysis with lysostaphin at 37°C/10 min, 3) vigorous mixing, 4) three cycles of freezing and thawing, and 5) purification of the lysate in the RNeasy column. This simple pre-kit procedure yields high-quality total RNA from planktonic and sessile cells of S. aureus.

The effect of acid hydrolysis on the technological functional properties of pinhão (Araucaria brasiliensis) starch

Technological functional properties of native and acid-thinned pinhão (seeds of Araucária angustifolia, Brazilian pine) starches were evaluated and compared to those of native and acid-thinned corn starches. The starches were hydrolyzed (3.2 mol.L-1 HCl, 44 ºC, 6 hours) and evaluated before and after the hydrolysis reaction in terms of formation, melting point and thermo-reversibility of gel starches, retrogradation (in a 30-day period and measurements every three days), paste freezing and thawing stability (after six freezing and thawing cycles), swelling power, and solubility. The results of light transmittance (%) of pastes of native and acid-thinned pinhão starches was higher (lower tendency to retrogradation) than that obtained for corn starches after similar storage period. Native pinhão starch (NPS) presented lower syneresis than native corn starch (NCS) when submitted to freeze-thaw cycles. The acid hydrolysis increased the syneresis of the two native varieties under storage at 5 ºC and after freezing and thawing cycles. The solubility of NPS was lower than that of native corn starch at 25, 50, and 70 ºC. However, for the acid-thinned pinhão starch (APS), this property was significantly higher (p < 0.05) when compared to that of acid-thinned corn starch (ACS). From the results obtained, it can be said that the acid treatment was efficient in producing a potential fat substitute from pinhão starch variety, but this ability must be further investigated.

Assessing the use of frozen pork meat in the manufacture of cooked ham

This study aimed to evaluate the effects of slow (–18 °C) and fast freezing (liquid nitrogen) of pork meat, and the use of exudate released upon thawing, on the physicochemical, color, rheological, microbiological, histological, and sensory characteristics of cooked ham. The meat samples were frozen at –18 °C and thawed after 22 weeks for the production of cooked ham. No significant difference was observed regarding physicochemical, color and microbiological parameters or in sensory acceptance. The hardness and chewiness parameters showed significant differences when compared to the control sample (ham made from chilled meat). Light microscopy of cooked ham samples showed that changes in the tissues were caused by freezing and thawing the meat. The effect of exudate was significant on the sodium content and compression force parameters, but this difference was not perceived in the sensory analysis, confirming that frozen pork meat can be used to produce cooked ham without loss of quality.

Le rôle du stress oxydatif/nitrosatif dans la pathogénèse de l’encéphalopathie hépatique chronique

L'encéphalopathie hépatique (EH) est un syndrome neuropsychiatrique dû à une dysfonction hépatique où l'ammoniaque est un facteur central. Il a déjà été rapporté que l’intoxication aiguë d'ammoniaque induise le stress oxydatif/nitrosatif. La présente étude cible à évaluer le rôle du stress oxydatif/nitrosatif dans 2 modèles de l’EH chronique : (1) l’anastomose portocave (PCA) et (2) la ligation de la voie biliaire (BDL). Ces 2 modèles sont caractérisés par une hyperammoniémie et une augmentation d’ammoniaque centrale, cependant l’œdème cérébral est trouvé seulement chez les rats BDL. Des marqueurs du stress oxydatif/nitrosatif ont été évaluées dans le plasma et cortex frontal. Un stress nitrosatif central a été observé chez les rats PCA; tandis qu’un stress oxydatif/nitrosatif systémique a été démontré seulement chez les rats BDL. Ces résultats suggèrent (1) que l’hyperammoniémie chronique n’induise pas le stress oxydatif/nitrosatif systémique et (2) qu’un synergisme existe entre l’ammoniaque et le stress oxydatif/nitrosatif, en association avec l’œdème cérébral.

Caractérisation moléculaire du rôle de Lhx2 dans le développement de l'oeil et du cerveau

Le développement du système nerveux central (SNC) chez les vertébrés est un processus d'une extrême complexité qui nécessite une orchestration moléculaire très précise. Certains gènes exprimés très tôt lors du développement embryonnaire sont d'une importance capitale pour la formation du SNC. Parmi ces gènes, on retrouve le facteur de transcription à Lim homéodomaine Lhx2. Les embryons de souris mutants pour Lhx2 (Lhx2-/-) souffre d'une hypoplasie du cortex cérébral, sont anophtalmiques et ont un foie de volume réduit. Ces embryons mutants meurent in utero au jour embryonnaire 16 (e16) dû à une déficience en érythrocytes matures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser le rôle moléculaire de Lhx2 dans le développement des yeux et du cortex cérébral. Lhx2 fait partie des facteurs de transcription à homéodomaine exprimé dans la portion antérieure de la plaque neurale avec Rx, Pax6, Six3. Le développement de l'oeil débute par une évagination bilatérale de cette région. Nous démontrons que l'expression de Lhx2 est cruciale pour les premières étapes de la formation de l'oeil. En effet, en absence de Lhx2, l'expression de Rx, Six3 et Pax6 est retardée dans la plaque neurale antérieure. Au stade de la formation de la vésicule optique, l'absence de Lhx2 empêche l'activation de Six6 (un facteur de transcription également essentiel au développement de l'œil). Nous démontrons que Lhx2 et Pax6 coopèrent en s'associant au promoteur de Six6 afin de promouvoir sa trans-activation. Donc, Lhx2 est un gène essentiel pour la détermination de l'identité rétinienne au niveau de la plaque neurale. Plus tard, il collabore avec Pax6 pour établir l'identité rétinienne définitive et promouvoir la prolifération cellulaire. De plus, Lhx2 est fortement exprimé dans le télencéphale, région qui donnera naissance au cortex cérébral. L'absence de Lhx2 entraîne une diminution de la prolifération des cellules progénitrices neurales dans cette région à e12.5. Nous démontrons qu'en absence de Lhx2, les cellules progénitrices neurales (cellules de glie radiale) se différencient prématurément en cellules progénitrices intermédiaires et en neurones post-mitotiques. Ces phénotypes sont corrélés à une baisse d'activité de la voie Notch. En absence de Lhx2, DNER (un ligand atypique de la voie Notch) est fortement surexprimé dans le télencéphale. De plus, Lhx2 et des co-répresseurs s'associent à la chromatine de la région promotrice de DNER. Nous concluons que Lhx2 permet l'activation de la voie Notch dans le cortex cérébral en développement en inhibant la transcription de DNER, qui est un inhibiteur de la voie Notch dans ce contexte particulier. Lhx2 permet ainsi la maintenance et la prolifération des cellules progénitrices neurales.

Récepteur EphA7 : expression régionale dans le cerveau et localisation ultrastructurale dans l’hippocampe chez le rat et la souris adultes

Bourse de maîtrise du Groupe de recherche sur le système nerveux central GRSNC, (2009,2010) Bourse d’études supérieures du Canada Frederick Banting et Charles Best, IRSC Instituts de recherche en santé du Canada, (2011)

Portacaval anastomosis-induced hyperammonemia does not lead to oxidative stress.

Ammonia is neurotoxic and believed to play a major role in the pathogenesis of hepatic encephalopathy (HE). It has been demonstrated, in vitro and in vivo, that acute and high ammonia treatment induces oxidative stress. Reactive oxygen species (ROS) are highly reactive and can lead to oxidization of proteins resulting in protein damage. The present study was aimed to assess oxidative status of proteins in plasma and brain (frontal cortex) of rats with 4-week portacaval anastomosis (PCA). Markers of oxidative stress, 4-hydroxy-2-nonenal (HNE) and carbonylation were evaluated by immunoblotting in plasma and frontal cortex. Western blot analysis did not demonstrate a significant difference in either HNE-linked or carbonyl derivatives on proteins between PCA and sham-operated control rats in both plasma and frontal cortex. The present study suggests PCA-induced hyperammonemia does not lead to systemic or central oxidative stress.

La mémoire émotionnelle chez les patients schizophrènes consommateurs de cannabis : une étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

Contexte Malgré les conséquences néfastes bien connues de la consommation de cannabis chez les patients souffrant de schizophrénie (SCZ), ces derniers en font usage dans une proportion atteignant 40%. Plusieurs études ont tenté d’éclaircir la nature du lien qui existe entre ces deux problématiques, mais cela demeure à ce jour un sujet d’incertitude. Des études précédentes, dont certaines de notre groupe, ont montré que les patients souffrant de schizophrénie et d’un trouble d’abus de cannabis (SCZCAN) présentaient moins de symptômes négatifs, de meilleures capacités cognitives et un processus de traitement des émotions se rapprochant davantage de la normale. Objectif La présente étude vise à évaluer la mémoire émotionnelle ainsi que ses corrélats neurobiologiques par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) chez les SCZCAN en comparaison avec les SCZ. Notre hypothèse est que les SCZCAN vont mieux performer lors d’une tâche de mémoire émotionnelle en comparaison avec les SCZ et qu’ils démontreront des activités dans des régions cérébrales plus étendues et impliquées dans la mémoire et le traitement émotionnel. Méthode Trois groupes de sujets, soit un groupe de SCZ (N=14), un groupe de SCZCAN (N=14) et un groupe contrôle (N=21) ont participé à une tâche de mémoire émotionnelle lors d’une imagerie par IRMf. Résultats Les résultats de notre étude ont montré que les SCZCAN performaient mieux que les SCZ dans une tâche de mémoire émotionnelle et montraient des activations dans des régions cérébrales plus étendues à l’IRMf, en particulier celles impliquées dans mémoire et dans le traitement des émotions (cortex orbitofrontal et temporal, hippocampe). Conclusion Les SCZCAN ont une préservation relative de leur mémoire émotionnelle en comparaison aux SCZ, ce qui est corrélé avec de plus grandes activations cérébrales dans les régions qui jouent un rôle dans la mémoire et le traitement émotionnel.

Étude de la perfusion cérébrale régionale dans le trouble comportemental en sommeil paradoxal

Le trouble comportemental en sommeil paradoxal (TCSP) se caractérise par une perte de l’atonie musculaire en sommeil paradoxal et par des manifestations motrices élaborées souvent associées au contenu onirique. Le TCSP peut apparaître sous une forme idiopathique (TCSPi), mais il est fréquemment lié à certains désordres neurodégénératifs, dont les synucléinopathies. Des marqueurs biologiques des synucléinopathies, tels que la présence d’anomalies au plan de la motricité, de la détection des odeurs ainsi que de la discrimination des couleurs, ont été retrouvés dans le TCSPi. De plus, des perturbations de l’activité cérébrale en neuroimagerie ainsi que du fonctionnement cognitif ont été observées chez ces patients. Des études ont démontré que le TCSPi pouvait précéder l’apparition d’une maladie de Parkinson (MP) ou d’une démence à corps de Lewy (DCL). Ceci suggère que le TCSPi représenterait un facteur de risque des synucléinopathies. L’objectif principal du présent projet est d’étudier les anomalies du débit sanguin cérébral régional (DSCr) de repos avec la tomographie par émission monophotonique (TEM) dans le TCSPi. Deux études ont été réalisées. La première visait à comparer le DSCr entre des patients avec un TCSPi et des sujets sains, puis d’explorer la relation entre l’activité cérébrale et la présence de marqueurs biologiques des synucléinopathies. Les résultats ont montré une diminution de la perfusion cérébrale dans les régions frontales et pariétales ainsi qu’une augmentation de la perfusion au niveau du pont, du putamen et des hippocampes chez les patients avec un TCSPi. Une relation significative entre la performance des sujets avec un TCSPi à une épreuve de discrimination des couleurs et la perfusion cérébrale au niveau des régions frontales et occipitales a été mise en évidence. Dans l’ensemble, ces résultats ont démontré des anomalies du DSCr chez les patients avec un TCSPi qui sont similaires à celles observées par d’autres études en neuroimagerie dans la MP. Ceci suggère des atteintes neuroanatomiques semblables entre ces pathologies. La seconde étude en TEM a été effectuée dans le but d’examiner les modifications du DSCr associées aux perturbations du fonctionnement cognitif dans le TCSPi. Pour ce faire, le DSCr a été comparé entre un sous-groupe de patients avec un TCSPi et un trouble cognitif léger (TCL), un sous-groupe de patients avec un TCSPi sans TCL et un groupe de sujets sains. Les résultats ont montré que seuls les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient une diminution de la perfusion cérébrale dans les aires corticales postérieures (occipitales et temporo-pariétales). Ces observations sont similaires à celles rapportées dans la MP avec démence et la DCL dans les études en neuroimagerie. En conclusion, les résultats de ces deux études ont montré des perturbations du DSCr dans le TCSPi, similaires à celles observées dans les synucléinopathies. Par ailleurs, nos résultats ont mis en évidence que les patients avec un TCSPi et un TCL présentaient les mêmes anomalies de la perfusion cérébrale que les patients avec une MP avec démence et/ou une DCL. La présence de tels marqueurs des synucléinopathies dans le TCSPi suggère que ces patients pourraient être plus à risque d’évoluer vers ce type de maladie neurodégénérative.