Frequency-Domain and Wide-Pulse Time-Domain Measurements of Lanthanide Luminescence and Lanthanide-Based Resonance Energy Transfer

Resonance energy transfer (RET) is a non-radiative transfer of the excitation energy from the initially excited luminescent donor to an acceptor. The requirements for the resonance energy transfer are: i) the spectral overlap between the donor emission spectrum and the acceptor absorption spectrum, ii) the close proximity of the donor and the acceptor, and iii) the suitable relative orientations of the donor emission and the acceptor absorption transition dipoles. As a result of the RET process the donor luminescence intensity and the donor lifetime are decreased. If the acceptor is luminescent, a sensitized acceptor emission appears. The rate of RET depends strongly on the donor–acceptor distance (r) and is inversely proportional to r6. The distance dependence of RET is utilized in binding assays. The proximity requirement and the selective detection of the RET-modified emission signal allow homogeneous separation free assays. The term lanthanide-based RET is used when luminescent lanthanide compounds are used as donors. The long luminescence lifetimes, the large Stokes’ shifts and the intense, sharply-spiked emission spectra of the lanthanide donors offer advantages over the conventional organic donor molecules. Both the organic lanthanide chelates and the inorganic up-converting phosphor (UCP) particles have been used as donor labels in the RET based binding assays. In the present work lanthanide luminescence and lanthanide-based resonance energy transfer phenomena were studied. Luminescence lifetime measurements had an essential role in the research. Modular frequency-domain and time-domain luminometers were assembled and used successfully in the lifetime measurements. The frequency-domain luminometer operated in the low frequency domain ( 100 kHz) and utilized a novel dual-phase lock-in detection of the luminescence. One of the studied phenomena was the recently discovered non-overlapping fluorescence resonance energy transfer (nFRET). The studied properties were the distance and temperature dependences of nFRET. The distance dependence was found to deviate from the Förster theory and a clear temperature dependence was observed whereas conventional RET was completely independent of the temperature. Based on the experimental results two thermally activated mechanisms were proposed for the nFRET process. The work with the UCP particles involved the measurement of the luminescence properties of the UCP particles synthesized in our laboratory. The goal of the UCP particle research is to develop UCP donor labels for binding assays. In the present work the effect of the dopant concentrations and the core–shell structure on the total up-conversion luminescence intensity, the red–green emission ratio, and the luminescence lifetime was studied. Also the non-radiative nature of the energy transfer from the UCP particle donors to organic acceptors was demonstrated for the first time in aqueous environment and with a controlled donor–acceptor distance.

Neurobiological Correlates of Personality Traits: A Study on Harm Avoidance and Neuroticism

Harm Avoidance and Neuroticism are traits that predispose to mental illnesses. Studying them provides a unique way to study predisposition of mental illnesses. Understanding the biological mechanisms that mediate vulnerability could lead to improvement in treatment and ultimately to pre-emptive psychiatry. These personality traits describe a tendency to feel negative emotions such as fear, shyness and worry. Previous studies suggest these traits are regulated by serotonin and opiate pathways. The aim of this thesis was to test the following hypotheses using personality trait measures and positron emission tomography (PET): 1) Brain serotonin transporter density in vivo is associated with Harm Avoidance and Neuroticism traits. 2) μ-opioid receptor binding is associated with Harm Avoidance. In addition, we developed a methodology for studying neurotransmitter interactions in the brain using the opiate and serotonin pathways. 32 healthy subjects who were consistently in either the highest or lowest quartile of the Harm Avoidance trait were recruited from a population-based cohort. Each subject underwent two PET scans, serotonin transporter binding was measured with [11C] MADAM and μ-opioid receptor binding with [11C]carfentanil. We found that the serotonin transporter is not associated with anxious personality traits. However, Harm Avoidance positively correlated with μ-opioid receptor availability. Particularly the tendency to feel shy and the inability to cope with stress were associated μ-opioid receptor availability. We also demonstrated that serotonin transporter binding correlates with μ-opioid receptor binding, suggesting interplay between the two systems. These findings shed light on the neurobiological correlates of personality and have an impact on etiological considerations of affective disorders.

Functions of the extracellular matrix and matrix degrading proteases during tumor progression

Cell interactions with extracellular matrices are important to pathological changes that occur during cell transformation and tumorigenesis. Several extracellular matrix proteins including fibronectin, thrombospondin-1, laminin, SPARC, and osteopontin have been suggested to modulate tumor phenotype by affecting cell migration, survival, or angiogenesis. Likewise, proteases including the matrix metalloproteinases (MMPs) are understood to not only facilitate migration of cells by degradation of matrices, but also to affect tumor formation and growth. We have recently demonstrated an in vivo role for the RGD-containing protein, osteopontin, during tumor progression, and found evidence for distinct functions in the host versus the tumor cells. Because of the compartmentalization and temporal regulation of MMP expression, it is likely that MMPs may also function dually in host stroma and the tumor cell. In addition, an important function of proteases appears to be not only degradation, but also cleavage of matrix proteins to generate functionally distinct fragments based on receptor binding, biological activity, or regulation of growth factors.

Inhibitory effect of high [Mg2+] on the vasopressin-stimulated hydroosmotic permeability of the isolated perfused cortical collecting duct

High magnesium concentration inhibits the effect of arginine vasopressin (AVP) on smooth muscle contraction and platelet aggregation and also influences hepatocyte AVP receptor binding. The aim of this study was to determine the role of magnesium concentration [Mg2+] in AVP-stimulated water transport in the kidney collecting duct. The effect of low and high peritubular [Mg2+] on the AVP-stimulated osmotic water permeability coefficient (Pf) was evaluated in the isolated perfused rabbit cortical collecting duct (CCD). Control tubules bathed and perfused with standard Ringer bicarbonate solution containing 1 mM Mg2+ presented a Pf of 223.9 ± 27.2 µm/s. When Mg2+ was not added to the bathing solution, an increase in the AVP-stimulated Pf to 363.1 ± 57.2 µm/s (P<0.05) was observed. An elevation of Mg2+ to 5 mM resulted in a decrease in Pf to 202.9 ± 12.6 µm/s (P<0.05). This decrease in the AVP-stimulated Pf at 5 mM Mg2+ persisted when the CCDs were returned to 1 mM Mg2+, Pf = 130.2 ± 20.3 µm/s, and was not normalized by the addition of 8-[4-chlorophenylthio]-adenosine 3',5'-cyclic monophosphate, a cAMP analogue, to the preparation. These data indicate that magnesium may play a modulatory role in the action of AVP on CCD osmotic water permeability, as observed in other tissues.

Effects of diazepam on Mycobacterium bovis-induced infection in hamsters

The in utero exposure of hamsters to low doses of diazepam results in impaired host defense against Mycobacterium bovis during adulthood. Delayed developmental immunotoxicity, however, represents a specific situation that might not be general. The present experiment was undertaken to investigate the effects of diazepam on hamster resistance to M. bovis using adult animals. The effects of diazepam treatment on serum cortisol levels were also studied. Adult hamsters (N = 10 for each group) were treated with diazepam (E1 = 1.0, E2 = 2.0 or E3 = 3.0 mg kg-1 day-1 subcutaneously) or with control solution (C) for 30 days. Seven days after the beginning of the treatment, the animals received identical inoculum concentrations of M. bovis. Hamsters treated with the higher (2.0 and 3.0 mg kg-1 day-1) doses of diazepam exhibited: 1) increased granuloma areas in the liver (C = 1.81 ± 1.39, E2 = 10.29 ± 4.64 and E3 = 15.80 ± 4.82) and lung (C = 0.54 ± 0.55, E2 = 6.28 ± 3.85 and E3 = 6.31 ± 3.56) and 2) increased scores of M. bovis colony-forming units isolated from liver (C = 2.0, E2 = 3.0 and E3 = 3.5), lung (C = 1.0, E2 = 3.0 and E3 = 3.5) and spleen (C = 1.0, E2 = 2.5 and E3 = 4.0). These effects were dose dependent, and were not detected or were less severe in animals treated with the lowest (1.0 mg/kg) dose of diazepam as well as in those of the control group. Furthermore, diazepam treatment (3.0 mg kg-1 day-1 for 30 days) increased (E3 = 71.32 ± 2.99; N = 10) the serum levels of cortisol compared to control hamsters (C = 22.61 ± 2.75; N = 10). The present data, that demonstrate an impaired defense against M. bovis in adult hamsters treated with diazepam, were tentatively explained on the basis of a direct and/or indirect action of diazepam on the cytokine network. The effects may be related to stimulation of peripheral benzodiazepine receptor binding sites (PBR) by macrophages and/or lymphocytes, or they may be mediated by PBR stimulation of the adrenals.

Imidazoline receptors in the heart: a novel target and a novel mechanism of action that involves atrial natriuretic peptides

Chronic stimulation of sympathetic nervous activity contributes to the development and maintenance of hypertension, leading to left ventricular hypertrophy (LVH), arrhythmias and cardiac death. Moxonidine, an imidazoline antihypertensive compound that preferentially activates imidazoline receptors in brainstem rostroventrolateral medulla, suppresses sympathetic activation and reverses LVH. We have identified imidazoline receptors in the heart atria and ventricles, and shown that atrial I1-receptors are up-regulated in spontaneously hypertensive rats (SHR), and ventricular I1-receptors are up-regulated in hamster and human heart failure. Furthermore, cardiac I1-receptor binding decreased after chronic in vivo exposure to moxonidine. These studies implied that cardiac I1-receptors are involved in cardiovascular regulation. The presence of I1-receptors in the heart, the primary site of production of natriuretic peptides, atrial natriuretic peptide (ANP) and brain natriuretic peptide (BNP), cardiac hormones implicated in blood pressure control and cardioprotection, led us to propose that ANP may be involved in the actions of moxonidine. In fact, acute iv administration of moxonidine (50 to 150 µg/rat) dose-dependently decreased blood pressure, stimulated diuresis and natriuresis and increased plasma ANP and its second messenger, cGMP. Chronic SHR treatment with moxonidine (0, 60 and 120 µg kg-1 h-1, sc for 4 weeks) dose-dependently decreased blood pressure, resulted in reversal of LVH and decreased ventricular interleukin 1ß concentration after 4 weeks of treatment. These effects were associated with a further increase in already elevated ANP and BNP synthesis and release (after 1 week), and normalization by 4 weeks. In conclusion, cardiac imidazoline receptors and natriuretic peptides may be involved in the acute and chronic effects of moxonidine.

Plasmatic ADAMTS-13 metalloprotease and von Willebrand factor in children with cyanotic congenital heart disease

Changes in plasma von Willebrand factor concentration (VWF:Ag) and ADAMTS-13 activity (the metalloprotease that cleaves VWF physiologically) have been reported in several cardiovascular disorders with prognostic implications. We therefore determined the level of these proteins in the plasma of children with cyanotic congenital heart disease (CCHD) undergoing surgical treatment. Forty-eight children were enrolled (age 0.83 to 7.58 years). Measurements were performed at baseline and 48 h after surgery. ELISA, collagen-binding assays and Western blotting were used to estimate antigenic and biological activities, and proteolysis of VWF multimers. Preoperatively, VWF:Ag and ADAMTS-13 activity were decreased (65 and 71% of normal levels considered as 113 (105-129) U/dL and 91 ± 24% respectively, P < 0.003) and correlated (r = 0.39, P = 0.0064). High molecular weight VWF multimers were not related, suggesting an interaction of VWF with cell membranes, followed by proteolytic cleavage. A low preoperative ADAMTS-13 activity, a longer activated partial thromboplastin time and the need for cardiopulmonary bypass correlated with postoperative bleeding (P < 0.05). Postoperatively, ADAMTS-13 activity increased but less extensively than VWF:Ag (respectively, 2.23 and 2.83 times baseline, P < 0.0001), resulting in an increased VWF:Ag/ADAMTS-13 activity ratio (1.20 to 1.54, respectively, pre- and postoperative median values, P = 0.0029). ADAMTS-13 consumption was further confirmed by decreased ADAMTS-13 antigenic concentration (0.91 ± 0.30 to 0.70 ± 0.25 µg/mL, P < 0.0001) and persistent proteolysis of VWF multimers. We conclude that, in pediatric CCHD, changes in circulating ADAMTS-13 suggest enzyme consumption, associated with abnormal structure and function of VWF.

Synthesis of fluorescent analogues of a-tocopherol as ligands for the human a-tocopherol transfer protein (a-TTP) /

To further understand in vivo localization and trafficking of a-tocopherol (a-Toe), the most biologically active form of vitamin E, between lipid environments, tocopherols are required that can be followed by teclu1iques such as confocal microscopy and fluorescence resonance energy transfer (FRET) assays. To this end, sixteen fluorescent analogues of a-tocopherol (la-d [(1)anthroy loxy -a-tocopherols, A O-a-Toes], 2a-d [w-nitro benzoxadiazole-a-tocopherols, NBD-aToes], 3a-d [w-dansyl-a-tocopherols, DAN-a-Toes], and 4a-d [w-N-methylanthranilamide-atocopherols, NMA-a-TocsD were prepared by substituting fluorescent labels at the terminus of w-functionalized alkyl chains extending from C-2 of the chroman ring while retaining key binding features of the natural ligand. These compounds were prepared starting from (S)-Trolox® acid VIa esterification, protection, and reduction producing the silyl-protected (S)-Trolox aldehyde that was coupled using Wittig chemistry to different w-hydroxyalkylphosphonium bromides. Reduction of the alkene generated the w-hydroxy functionalized 2-n-alkyl intermediates 9a-d having the necessary 2R stereochemistry. A series of functional group manipulations including mesylation, substitution with azide, and hydride reduction provided w-amino functionalized intermediates 12a-d as well. Coupling intermediates 9a-d and 12a-d with the selected fluorophores (9- anthracene carboxylic acid, 4-chloro-7-nitrobenz-2-oxa-l,3-diazole, 5- dimethylaminonapthalene-l-sulfonyl chloride, and I-methyl-2H-3,1-benzoxazine-2,4(1H)dione), followed by deprotection of the phenolic silyl group, gave the desired fluorescent ligands la-d, 2a-d, 3a-d and 4a-d in good yield. Assessment of their binding affinities with recombinant human a-tocopherol transfer protein (ha-TTP) utilizing fluorescent titration binding assays identified competent ligands for further use in protein studies. Compounds Id (C9-AO-a-Toc) and 2d (C9-NBD-a-Toc) both having nonyl alkyl chain extensions between the chromanol and fluorophore were shown to bind specifically to ha-TTP with dissociation constants (KdS) of approximately 280 nM and 55 nM respectively, as compared to 25 nM for the natural ligand 2R,4'R,^'R-a-tocophQxoL.

Mechanism of tocopherol transfer by human α-tocopherol transfer protein (α-hTTP)

Vitamin E is a well known fat soluble chain breaking antioxidant. It is a general tenn used to describe a family of eight stereoisomers of tocopherols. Selective retention of a-tocopherol in the human circulation system is regulated by the a -Tocopherol Transfer Protein (a-TIP). Using a fluorescently labelled a-tocopherol (NBD-a-Toc) synthesized in our laboratory, a fluorescence resonance energy transfer (FRET) assay was developed to monitor the kinetics of ligand transfer by a-hTTP in lipid vesicles. Preliminary results implied that NBD-a-Toe simply diffused from 6-His-a-hTTP to acceptor membranes since the kinetics of transfer were not responsive to a variety of conditions tested. After a series of trouble shooting experiments, we identified a minor contaminant, E coli. outer membrane porin F (OmpF) that co-purified with 6-His-a-hTTP from the metal affinity column as the source of the problem. In order to completely avoid OmpF contamination, a GST -a-hTTP fusion protein was purified from a glutathione agarose column followed by an on-column thrombin digestion to remove the GST tag. We then demonstrated that a-hTTP utilizes a collisional mechanism to deliver its ligand. Furthennore, a higher rate of a-tocopherol transfer to small unilamellar vesicles (SUV s) versus large unilamellar vesicles (LUV s) indicated that transfer is sensitive to membrane curvature. These findings suggest that ahTTP mediated a-Toc transfer is dominated by the hydrophobic nature of a-hTTP and the packing density of phospholipid head groups within acceptor membranes. Based on the calculated free energy change (dG) when a protein is transferred from water to the lipid bilayer, a model was generated to predict the orientation of a-hTTP when it interacts with lipid membranes. Guided by this model, several hydrophobic residues expected to penetrate deeply into the bilayer hydrophobic core, were mutated to either aspartate or alanine. Utilizing dual polarization interferometry and size exclusion vesicle binding assays, we identified the key residues for membrane binding to be F 165, F 169 and 1202. In addition, the rates of ligand transfer of the u-TTP mutants were directly correlated to their membrane binding capabilities, indicating that membrane binding was likely the rate limiting step in u-TTP mediated transfer of u-Toc. The propensity of u-TTP for highly curved membrane provides a connection to its colocalization with u-Toc in late endosomes.

Système de recombinaison Xer chez Staphylococcus aureus

Le système de recombinaison Xer est impliqué dans la monomerisation des réplicons bactériens, comme les plasmides et les chromosomes, dans une grande variété de bactéries. Ce système est un système de recombinaison site-spécifique composé de deux tyrosine recombinases, soit XerC et XerD. Ils agissent ensemble afin de convertir les chromosomes dimériques en monomères en agissant à un site spécifique près du terminus de la réplication, appelé le site dif. Les gènes Xer et leur site d’action sont identifiés dans plusieurs bactéries gram positives et gram négatives. Staphylococcus aureus représente une bactérie gram positive qui contient un système XerCD/dif. Elle est impliqué dans plusieurs maladies humaines, tels que des infections cutanées, des gastroentérites, et le syndrome de choc toxique, pour en nommer quelques unes. Bien que les gènes codant les protéines XerC et XerD ont été identifiés, il y a beaucoup d’inconnu sur leur mode d’action au site dif. Des mutations dans XerC ont été obtenues, mais aucune dans XerD, suggérant que ce gène pourrait être essentiel pour cet organisme. Les études présentées dans ce mémoire ont permis de commencer à mieux caractériser XerD de S. aureus, en séquençant le gène et en faisant des tests de liaison à l’ADN. Elles ont montré que la recombinase XerD se lie au site dif d’Eschericia coli seul et de façon coopérative avec la recombinase XerC d’E. coli. XerD de S. aureus est, aussi, efficace dans la complémentation de XerD muté d’E. coli dans la réaction de recombinaison chromosomique. Cependant, elle ne démontre pas cette même capacité de complémentation lors de la recombinaison plasmidique aux sites cer.

Méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides: application à la synthèse d’analogues aza-GHRP-6 en tant que ligands du récepteur CD36

Les azapeptides sont des mimes peptidiques où le carbone alpha d’un ou de plusieurs acides aminés est remplacé par un atome d’azote. Cette modification tend à stabiliser une conformation en repliement beta en raison de la répulsion électronique entre les paires d’électrons libres des atomes d’azote adjacents et de la géométrie plane de l’urée. De plus, le résidu semicarbazide a une meilleure résistance face aux protéases en plus d’être chimiquement plus stable qu’une liaison amide. Bien que les propriétés des azapeptides en fassent des mimes peptidiques intéressants, leurs méthodes de synthèses font appel à la synthèse laborieuse d’hydrazines substituées en solution. Le peptide sécréteur d’hormone de croissance 6 (GHRP-6, His-D-Trp-Ala-Trp-D-Phe-Lys-NH2) est un hexapeptide synthétique qui possède une affinité pour deux récepteurs distincts: les récepteurs GHS-R1a et CD36. Les travaux effectués au cours de mon doctorat qui seront détaillés dans cet ouvrage visent à atteindre deux objectifs: (1) le développement d’analogues du peptide GHRP-6 sélectif à un seul récepteur et (2) la mise au point d’une nouvelle méthodologie pour la synthèse combinatoire d’azapeptides. En réponse au premier objectif, la synthèse parallèle de 49 analogues aza-GHRP-6 a été effectuée et certains candidats sélectifs au récepteur CD36 ont été identifiés. L’étude de leurs propriétés anti-angiogéniques, effectuée par nos collaborateurs, a également permis d’identifier des candidats intéressants pour le traitement potentiel de la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Une nouvelle approche pour la synthèse combinatoire d’azapeptides, faisant appel à l’alkylation et la déprotection chimiosélective d’une sous-unité semicarbazone ancrée sur support solide, a ensuite été développée. La portée de cette méthodologie a été augmentée par la découverte de conditions permettant l’arylation régiosélective de cette sous-unité semicarbazone, donnant accès à treize nouveaux dérivés aza-GHRP-6 possédant des résidus aza-arylglycines aux positions D-Trp2 et Trp4. L’élaboration de conditions propices à l’alkylation et la déprotection chimiosélective de la semicarbazone a donné accès à une variété de chaînes latérales sur l’acide aminé « aza » préalablement inaccessibles. Nous avons, entre autres, démontré qu’une chaîne latérale propargyl pouvait être incorporée sur l’acide aminé « aza ». Tenant compte de la réactivité des alcynes, nous avons ensuite élaboré des conditions réactionnelles permettant la formation in situ d’azotures aromatiques, suivie d’une réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire sur support solide, dans le but d’obtenir des mimes de tryptophane. Sept analogues du GHRP-6 ont été synthétisés et testés pour affinité au récepteur CD36 par nos collaborateurs. De plus, nous avons effectué une réaction de couplage en solution entre un dipeptide possédant un résidu aza-propargylglycine, du paraformaldehyde et une variété d’amines secondaires (couplage A3) afin d’accéder à des mimes rigides d’aza-lysine. Ces sous-unités ont ensuite été incorporées sur support solide afin de générer sept nouveaux azapeptides avec des dérivés aza-lysine à la position Trp4 du GHRP-6. Enfin, une réaction de cyclisation 5-exo-dig a été développée pour la synthèse de N-amino imidazolin-2-ones en tant que nouveaux mimes peptidiques. Leur fonctionnalisation par une série de groupements benzyliques à la position 4 de l’hétérocycle a été rendue possible grâce à un couplage Sonogashira précédant la réaction de cyclisation. Les propriétés conformationnelles de cette nouvelle famille de composés ont été étudiées par cristallographie aux rayons X et spectroscopie RMN d’un tétrapeptide modèle. L’activité biologique de deux mimes peptidiques, possédant un résidu N-amino-4-méthyl- et 4-benzyl-imidazolin-2-one à la position Trp4 du GHRP-6, a aussi été examinée. L’ensemble de ces travaux devrait contribuer à l’avancement des connaissances au niveau des facteurs structurels et conformationnels requis pour le développement d’azapeptides en tant que ligands du récepteur CD36. De plus, les résultats obtenus devraient encourager davantage l’utilisation d’azapeptides comme peptidomimétiques grâce à leur nouvelle facilité de synthèse et la diversité grandissante au niveau de la chaîne latérale des acides aminés « aza ».

Caractérisation pharmacologique et moléculaire des dyskinésies tardives chez un modèle de primate non humain

Les dyskinésies tardives (DT) sont des troubles moteurs associés à l’utilisation chronique des antagonistes des récepteurs dopaminergiques D2 tels que les antipsychotiques et le métoclopramide. Ces dyskinésies correspondent à une incoordination motrice portant préférentiellement sur la musculature oro-faciale. La gestion des DT s'est imposée comme défi de santé publique surtout en l’absence d’une alternative thérapeutique efficace et abordable. L’hypothèse classiquement avancée pour expliquer la physiopathologie des DT inhérente au traitement par les antipsychotiques s’articule autour de l’hypersensibilité des récepteurs dopaminergiques D2, cibles principales de ces molécules. Néanmoins, plusieurs données remettent la véracité de cette hypothèse en question. Hypothèse: nous proposons que le blocage chronique des récepteurs dopaminergiques soit effectivement responsable d’un phénomène d’hypersensibilisation mais contrairement à l’hypothèse classique, cette hypersensibilisation porterait sur des paramètres de la transmission dopaminergique autres que les récepteurs D2. De même nous postulons que cette hypersensibilisation se traduirait par des altérations des cascades signalétiques au niveau des cellules du striatum. Ces altérations aboutissent à des changements portant sur le récepteur nucléaire (Nur77), qui est hautement associé au système dopaminergique; l’induction de ces récepteurs déclencherait des cascades associées à la compensation ou à la genèse des DT. Matériels et méthodes: 23 femelles Cebus apella, réparties en 3 groupes: groupe halopéridol, groupe clozapine, et groupe contrôle, ont été exposées aux traitements respectifs pendant 6-36 mois. Après l’analyse comportementale, les animaux ont été décapités et leurs cerveaux isolés pour fin d’analyse. Hybridation in situ: nous avons fait appel à cette technique pour mesurer l’expression de l’ARNm de Nur77 et du neuropeptide enképhaline. Hybridation in situ double: nous avons exploités cette technique pour identifier les populations neuronales exprimant les récepteurs dopaminergiques D3 et localiser leur éventuelle induction. Autoradiographies des récepteurs dopaminergiques D1, D2 et D3 et autoradiographies des récepteurs i glutamatergiques mGluR5. Ces autoradiographies avaient pour objectif d’évaluer l’expression de ces différents récepteurs. Mutagenèse dirigée et transfection cellulaire: nous faisons appel à ces techniques pour reproduire le polymorphisme identifié au niveau de la région 3’UTR de l’ARNm Nur77 et évaluer l’impact que pourrait avoir ce polymorphisme sur la stabilité de l’ARNm Nur77 sinon sur l’expression de la protèine Nur77. Western Blot des kinases ERK 1 et 2: cette technique nous a servi comme moyen pour quantifier l’expression globale de ces kinases. Analyses statistiques: l’expression de l’ARNm Nur77 a été évaluée en utilisant l’analyse de la variance à un seul facteur (One way ANOVA). Nous avons procédé de la même façon pour mesurer l’expression des récepteurs D2, D3 et mGluR5. Résultats: le groupe des animaux traités par l’halopéridol montre une plus forte expression des récepteurs D3 par rapport aux sujets des autres groupes. Cette expression se produit au niveau des neurones de la voie directe. De plus, cette augmentation corrèle positivement avec la sévérité des DT. L’expression des récepteurs D2 et mGluR5 reste relativement inchangée entre les différents groupes, alors qu’un gradient d’expression a été observé pour le récepteur D1. Par ailleurs, Nur77 est induit par l’halopéridol, alors que son expression semble baisser chez les animaux traités par la clozapine. L’induction de l’expression de Nur77 par l’halopéridol est plus accrue chez les animaux non dyskinétiques. Les animaux traités par la clozapine démontrent une expression amoindrie de l’ARNm de Nur77 qui tend à être plus faible que l’expression de base. D’autre part, la présence du polymorphisme au niveau de la région 3’UTR semble affecter l’expression cellulaire de Nur77. Conclusion: ces résultats confortent notre hypothèse concernant l’existence d’un phénomène d’hypersensibilisation prenant place suite un traitement chronique par les antipsychotiques. Ce phénomène s’est traduit par une augmentation de l’expression des récepteurs D3 sans porter sur les récepteurs D2 tel que prôné classiquement. Cette hypersensibilisation des récepteurs D3 implique également l’existence d’un débalancement des voies striatales pouvant ainsi sous tendre l’apparition des DT. Ces résultats dévoilent ainsi un nouveau mécanisme qui pourrait contribuer à l’apparition des DT et pourraient permettre une meilleure gestion, nous l’espérons, des DT à l’échelle clinique.

Destins des S-RNases et interactions moléculaires dans le tube pollinique dans le cadre de l’auto-incompatibilité gamétophytique chez Solanum chacoense

L’auto-incompatibilité (AI) est une barrière reproductive prézygotique qui permet aux pistils d’une fleur de rejeter leur propre pollen. Les systèmes d’AI peuvent prévenir l’autofertilisation et ainsi limiter l’inbreeding. Dans l’AI gamétophytique, le génotype du pollen détermine son propre phénotype d’incompatibilité, et dans ce système, les déterminants mâles et femelles de l’AI sont codés par un locus multigénique et multi-allélique désigné le locus S. Chez les Solanaceae, le déterminant femelle de l’AI est une glycoprotéine stylaire extracellulaire fortement polymorphique possédant une activité ribonucléase et désignée S-RNase. Les S-RNases montrent un patron caractéristique de deux régions hypervariables (HVa et HVb), responsables de leur détermination allélique, et cinq régions hautement conservées (C1 à C5) impliquées dans l’activité catalytique ou la stabilisation structurelle de ces protéines. Dans ce travail, nous avons investigué plusieurs caractéristiques des S-RNases et identifié un nouveau ligand potentiel aux S-RNases chez Solanum chacoense. L’objectif de notre première étude était l’élucidation du rôle de la région C4 des S-RNases. Afin de tester l’hypothèse selon laquelle la région C4 serait impliquée dans le repliement ou la stabilité des S-RNases, nous avons généré un mutant dans lequel les quatre résidus chargés présents en région C4 furent remplacés par des résidus glycine. Cette protéine mutante ne s’accumulant pas à des niveaux détectables, la région C4 semble bien avoir un rôle structurel. Afin de vérifier si C4 est impliquée dans une liaison avec une autre protéine, nous avons généré le mutant R115G, dans lequel un acide aminé chargé fût éliminé afin de réduire les affinités de liaison dans cette région. Ce mutant n’affectant pas le phénotype de rejet pollinique, il est peu probable que la région C4 soit impliquée dans la liaison des S-RNases avec un ligand ou leur pénétration à l’intérieur des tubes polliniques. Enfin, le mutant K113R, dans lequel le seul résidu lysine conservé parmi toutes les S-RNases fût remplacé par un résidu arginine, fût généré afin de vérifier si cette lysine était un site potentiel d’ubiquitination des S-RNases. Toutefois, la dégradation des S-RNases ne fût pas inhibée. Ces résultats indiquent que C4 joue probablement un rôle structurel de stabilisation des S-RNases. Dans une seconde étude, nous avons analysé le rôle de la glycosylation des S-RNases, dont un site, en région C2, est conservé parmi toutes les S-RNases. Afin d’évaluer la possibilité que les sucres conjugués constituent une cible potentielle d’ubiquitination, nous avons généré une S11-RNase dont l‘unique site de glycosylation en C2 fût éliminé. Ce mutant se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage, démontrant que l’absence de glycosylation ne confère pas un phénotype de rejet constitutif du pollen. Afin de déterminer si l’introduction d’un sucre dans la région HVa de la S11-RNase pourrait affecter le rejet pollinique, nous avons généré un second mutant comportant un site additionnel de glycosylation dans la région HVa et une troisième construction qui comporte elle aussi ce nouveau site mais dont le site en région C2 fût éliminé. Le mutant comportant deux sites de glycosylation se comporte de manière semblable à une S11-RNase de type sauvage mais, de manière surprenante, le mutant uniquement glycosylé en région HVa peut aussi rejeter le pollen d’haplotype S13. Nous proposons que la forme non glycosylée de ce mutant constitue un allèle à double spécificité, semblable à un autre allèle à double spécificité préalablement décrit. Il est intéressant de noter que puisque ce phénotype n’est pas observé dans le mutant comportant deux sites de glycosylation, cela suggère que les S-RNases ne sont pas déglycosylées à l’intérieur du pollen. Dans la dernière étude, nous avons réalisé plusieurs expériences d’interactions protéine-protéine afin d’identifier de potentiels interactants polliniques avec les S-RNases. Nous avons démontré que eEF1A, un composant de la machinerie de traduction chez les eucaryotes, peut lier une S11-RNase immobilisée sur résine concanavaline A. Des analyses de type pull-down utilisant la protéine eEF1A de S. chacoense étiquetée avec GST confirment cette interaction. Nous avons aussi montré que la liaison, préalablement constatée, entre eEF1A et l’actine est stimulée en présence de la S11-RNase, bien que cette dernière ne puisse directement lier l’actine. Enfin, nous avons constaté que dans les tubes polliniques incompatibles, l’actine adopte une structure agrégée qui co-localise avec les S-RNases. Ces résultats suggèrent que la liaison entre eEF1A et les S-RNases pourrait constituer un potentiel lien fonctionnel entre les S-RNases et l’altération du cytosquelette d’actine observée lors des réactions d’AI. Par ailleurs, si cette liaison est en mesure de titrer les S-RNases disponibles à l’intérieur du tube pollinique, ce mécanisme pourrait expliquer pourquoi des quantités minimales ou « seuils » de S-RNases sont nécessaires au déclenchement des réactions d’AI.

Down-regulation of cerebellar 5-HT2C receptors in pilocarpine-induced epilepsy in rats: Therapeutic role of Bacopa monnieri extract

Epilepsy is a syndrome of episodic brain dysfunction characterized by recurrent unpredictable, spontaneous seizures. Cerebellar dysfunction is a recognized complication of temporal lobe epilepsy and it is associated with seizure generation, motor deficits and memory impairment. Serotonin is known to exert a modulatory action on cerebellar function through 5HT2C receptors. 5-HT2C receptors are novel targets for developing anticonvulsant drugs. In the present study, we investigated the changes in the 5-HT2C receptors binding and gene expression in the cerebellum of control, epileptic and Bacopa monnieri treated epileptic rats. There was a significant down regulation of the 5-HT content (pb0.001), 5-HT2C gene expression (pb0.001) and 5-HT2C receptor binding (pb0.001) with an increased affinity (pb0.001). Carbamazepine and B. monnieri treatments to epileptic rats reversed the down regulated 5-HT content (pb0.01), 5-HT2C receptor binding (pb0.001) and gene expression (pb0.01) to near control level. Also, the Rotarod test confirms the motor dysfunction and recovery by B. monnieri treatment. These data suggest the neuroprotective role of B. monnieri through the upregulation of 5-HT2C receptor in epileptic rats. This has clinical significance in the management of epilepsy

Bone marrow cells differentiation to neurons in the rat brain using Serotonin and GABA:Their role on glutamate receptors, IP3, cAMP and cGMP functional regulation in unilateral Parkinsonism induced by 6-hydroxydopamine

Parkinson's disease is a chronic progressive neurodegenerative movement disorder characterized by a profound and selective loss of nigrostriatal dopaminergic neurons. Our findings demonstrated that glutamatergic system is impaired during PD. The evaluations of these damages have important implications in understanding the molecular mechanism underlying motor, cognitive and memory deficits in PD. Our results showed a significant increase of glutamate content in the brain regions of 6- OHDA infused rat compared to control. This increased glutamate content caused an increase in glutamatergic and NMDA receptors function. Glutamate receptor subtypes- NMDAR1, NMDA2B and mGluR5 have differential regulatory role in different brain regions during PD. The second messenger studies confirmed that the changes in the receptor levels alter the IP3, cAMP and cGMP content. The alteration in the second messengers level increased the expression of pro-apoptotic factors - Bax and TNF-α, intercellular protein - α-synuclein and reduced the expression of transcription factor - CREB. These neurofunctional variations are the key contributors to motor and cognitive abnormalities associated with PD. Nestin and GFAP expression study confirmed that 5-HT and GABA induced the differentiation and proliferation of the BMC to neurons and glial cells in the SNpc of rats. We also observed that activated astrocytes are playing a crucial role in the proliferation of transplanted BMC which makes them significant for stem cell-based therapy. Our molecular and behavioural results showed that 5-HT and GABA along with BMC potentiates a restorative effect by reversing the alterations in glutamate receptor binding, gene expression and behaviour abnormality that occur during PD. The therapeutic significance in Parkinson’s disease is of prominence.