Building the sugarcane genome for biotechnology and identifying evolutionary trends

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

Carbohydrate-Dependent, Exercise-Induced Gastrointestinal Distress

Gastrointestinal (GI) problems are a common concern of athletes during intense exercise. Ultimately, these symptoms can impair performance and possibly prevent athletes from winning or even finishing a race. The main causes of GI problems during exercise are mechanical, ischemic and nutritional factors. Among the nutritional factors, a high intake of carbohydrate and hyperosmolar solutions increases GI problems. A number of nutritional manipulations have been proposed to minimize gastrointestinal symptoms, including the use of multiple transportable carbohydrates. This type of CHO intake increases the oxidation rates and can prevent the accumulation of carbohydrate in the intestine. Glucose (6%) or glucose plus fructose (8%-10%) beverages are recommended in order to increase CHO intake while avoiding the gastric emptying delay. Training the gut with high intake of CHO may increase absorption capacity and probably prevent GI distress. CHO mouth rinse may be a good strategy to enhance performance without using GI tract in exercises lasting less than an hour. Future strategies should be investigated comparing different CHO types, doses, and concentration in exercises with the same characteristics.

Diversidade de populações de Phyllosticta spp. de goiabeiras e de mangueiras em diferentes ambientes

Pós-graduação em Agronomia (Produção Vegetal) - FCAV

The multifaceted roles of metabolic enzymes in the Paracoccidioides species complex

Paracoccidioides species are dimorphic fungi and are the etiologic agents of paracoccidioidomycosis, which is a serious disease that involves multiple organs. The many tissues colonized by this fungus suggest a variety of surface molecules involved in adhesion. A surprising finding is that most enzymes in the glycolytic pathway, tricarboxylic acid (TCA) cycle and glyoxylate cycle in Paracoccidioides spp. have adhesive properties that aid in interacting with the host extracellular matrix and thus act as 'moonlighting'proteins. Moonlighting proteins have multiple functions, which adds a dimension to cellular complexity and benefit cells in several ways. This phenomenon occurs in both eukaryotes and prokaryotes. For example, moonlighting proteins from the glycolytic pathway or TCA cycle can play a role in bacterial pathogenesis by either acting as proteins secreted in a conventional pathway and/or as cell surface components that facilitate adhesion or adherence. This review outlines the multifunctionality exhibited by many Paracoccidioides spp. enzymes, including aconitase, aldolase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, isocitratelyase, malatesynthase, triose phosphate isomerase, fumarase, and enolase. We discuss the roles that moonlighting activities play in the virulence characteristics of this fungus and several other human pathogens during their interactions with the host.

Imprinted gene expression in in vivo- And in vi/ro-produced bovine embryos and chorio-allantoic membranes

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

Leishmania amazonensis Arginase Compartmentalization in the Glycosome Is Important for Parasite Infectivity

In Leishmania, de novo polyamine synthesis is initiated by the cleavage of L-arginine to urea and L-ornithine by the action of arginase (ARG, E.C. 3.5.3.1). Previous studies in L. major and L. mexicana showed that ARG is essential for in vitro growth in the absence of polyamines and needed for full infectivity in animal infections. The ARG protein is normally found within the parasite glycosome, and here we examined whether this localization is required for survival and infectivity. First, the localization of L. amazonensis ARG in the glycosome was confirmed in both the promastigote and amastigote stages. As in other species, arg(-) L. amazonensis required putrescine for growth and presented an attenuated infectivity. Restoration of a wild type ARG to the arg(-) mutant restored ARG expression, growth and infectivity. In contrast, restoration of a cytosol-targeted ARG lacking the glycosomal SKL targeting sequence (arg Delta SKL) restored growth but failed to restore infectivity. Further study showed that the ARG Delta SKL protein was found in the cytosol as expected, but at very low levels. Our results indicate that the proper compartmentalization of L. amazonensis arginase in the glycosome is important for enzyme activity and optimal infectivity. Our conjecture is that parasite arginase participates in a complex equilibrium that defines the fate of L-arginine and that its proper subcellular location may be essential for this physiological orchestration.

In Vitro Evaluation of the Probiotic Potential of Bacteriocin Producer Lactobacillus sakei 1

Lactobacillus sakei 1 is a food isolate that produces a heat-stable antimicrobial peptide (sakacin 1, a class ha bacteriocin) inhibitory to the opportunistic pathogen Listeria monocytogenes. Bacterial isolates with antimicrobial activity may be useful for food biopreservation and also for developing probiotics. To evaluate the probiotic potential of L. sakei I, it was tested for (i) in vitro gastric resistance (with synthetic gastric juice adjusted to pH 2.0, 2.5, or 3.0); (ii) survival and bacteriocin production in the presence of bile salts and commercial prebiotics (inulin and oligofructose); (iii) adhesion to Caco-2 cells; and (iv) effect on the adhesion of L. monocytogenes to Caco-2 cells and invasion of these cells by the organism. The results showed that L. sakei I survival in gastric environment varied according to pH, with the maximum survival achieved at pH 3.0, despite a 4-log reduction of the population after 3 h. Regarding the bile salt tolerance and influence of prebiotics, it was observed that L. sakei 1 survival rates were similar (P > 0.05) for all de Man Rogosa Shame (MRS) broth formulations when tests were done after 4 h of incubation. However, after incubation for 24 h, the survival of L. sakei 1 in MRS broth was reduced by 1.8 log (P < 0.001), when glucose was replaced by either inulin or oligofructose (without Oxgall). L. sakei 1 was unable to deconjugate bile salts, and there was a significant decrease (1.4 log) of the L. sakei 1 population in regular MRS broth plus Oxgall (P < 0.05). In spite of this, tolerance levels of L. sakei 1 to bile salts were similar in regular MRS broth and in MRS broth with oligofructose. Lower bacteriocin production was observed in MRS broth when inulin (3,200 AU/ml) or oligofructose (2,400 AU/ml) was used instead of glucose (6,400 AU/ml). L. sakei I adhered to Caco-2 cells, and its cell-free pH-neutralized supernatant containing sakacin I led to a significant reduction of in vitro listerial invasion of human intestinal Caco-2 cells.

Structure- and ligand-based drug design approaches for neglected tropical diseases

Drug discovery has moved toward more rational strategies based on our increasing understanding of the fundamental principles of protein-ligand interactions. Structure( SBDD) and ligand-based drug design (LBDD) approaches bring together the most powerful concepts in modern chemistry and biology, linking medicinal chemistry with structural biology. The definition and assessment of both chemical and biological space have revitalized the importance of exploring the intrinsic complementary nature of experimental and computational methods in drug design. Major challenges in this field include the identification of promising hits and the development of high-quality leads for further development into clinical candidates. It becomes particularly important in the case of neglected tropical diseases (NTDs) that affect disproportionately poor people living in rural and remote regions worldwide, and for which there is an insufficient number of new chemical entities being evaluated owing to the lack of innovation and R&D investment by the pharmaceutical industry. This perspective paper outlines the utility and applications of SBDD and LBDD approaches for the identification and design of new small-molecule agents for NTDs.

Trypanosoma (Megatrypanum) melophagium in the Sheep Ked Melophagus ovinus from Organic Farms in Croatia: Phylogenetic Inferences Support Restriction to Sheep and Sheep Keds and Close Relationship with Trypanosomes from Other Ruminant Species

Trypanosoma (Megatrypanum) melophagium is a parasite of sheep transmitted by sheep keds, the sheep-restricted ectoparasite Melophagus ovinus (Diptera: Hippoboscidae). Sheep keds were 100% prevalent in sheep from five organic farms in Croatia, Southeastern Europe, whereas trypanosomes morphologically compatible with T. melophagium were 86% prevalent in the guts of the sheep keds. Multilocus phylogenetic analyses using sequences of small subunit rRNA, glycosomal glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, spliced leader, and internal transcribed spacer 1 of the rDNA distinguished T. melophagium from all allied trypanosomes from other ruminant species and placed the trypanosome in the subgenus Megatrypanum. Trypanosomes from sheep keds from Croatia and Scotland, the only available isolates for comparison, shared identical sequences. All biologic and phylogenetic inferences support the restriction of T. melophagium to sheep and, especially, to the sheep keds. The comparison of trypanosomes from sheep, cattle, and deer from the same country, which was never achieved before this work, strongly supported the host-restricted specificity of trypanosomes of the subgenus Megatrypanum. Our findings indicate that with the expansion of organic farms, both sheep keds and T. melophagium may re-emerge as parasitic infections of sheep.

Neuropeptide und die Regulation des Kohlenhydratstoffwechsels im Fettkörper der Argentinischen Schabe (Blaptica dubia)

Trehalose ist der Hauptblutzucker in der Hämolymphe der meisten Insekten. Trehalose wird im Fettkörper synthetisiert, dem wichtigsten Organ des Intermediärstoffwechsels bei Insekten. Wie die Homöostase des Blutzuckers reguliert wird, ist nicht vollständig geklärt. Die Produktion von Trehalose erfordert eine grundlegende Umschaltung im Stoffwechsel des Fettkörpers, die mehrere wichtige Stoffwechselwege betrifft, so dass die Fettkörperzellen (Trophocyten) von der Speicherung und Katabolisierung von Zucker zur Mobilisierung von Reservestoffen (Glykogen, Fett, Protein) und Trehalosesynthese umschalten. Am Fettkörper und isolierten Trophocyten der Argentinischen Schabe (Blaptica dubia) wurden Stoffwechseleffekte und Elemente der Signalkette des hypertrehalosämischen Hormons Bld HrTH untersucht. Inkubation isolierter Fettkörperloben mit Bld HrTH verringerte innerhalb von 60 min den Glykogengehalt (um 13,4 %) und steigerte die Konzentration der Hexosephosphate Glucose-6-phosphat und Fructose-6-phosphat, die Substrat sowohl für die Trehalosesynthese als auch für die Glykolyse sind. Pyruvat, Glycerin-3-phosphat, Citrat und insbesondere Fructose-1,6-bisphosphat (+750 %) waren ebenfalls erhöht. Der Glykolyseaktivator/Gluconeogeneseinhibitor Fructose-2,6-bisphosphat wird durch Bld HrTH vermindert. Da Trehalosesynthese und Glykolyse um dieselben Substrate (Glucosephosphate) konkurrieren, fördert der hormoninduzierte Abfall des Glykolyseaktivators Fructose-2,6-bisphosphat die Trehalogenese.Es ist gelungen, Trophocyten zu isolieren und die Signaltransduktion von Bld HrTH an einheitlichen Zellen und auch an Einzelzellen zu studieren. Hauptziel dieser Arbeit war es, die Funktion von Ca2+ im Signalweg des Bld HrTH genauer zu untersuchen. Die isolierten Zellen reagierten auf das Neuropeptid mit einer deutlichen Steigerung der Trehalosesynthese (+133,7 %) und einer Senkung des Fructose-2,6-bisphosphat-Gehaltes (-30,2 %). Sie bieten somit ein geeignetes System zur Untersuchung der Wirkungsmechanismen von Bld HrTH auf zellulärem Niveau. Ca2+ aus dem Extrazellulärraum und aus intrazellulären Speichern spielen bei der Signaltransduktion eine Rolle. Während extrazelluläres Ca2+ insbesondere für die Senkung des Fructose-2,6-bisphosphat-Gehaltes wichtig war, wurde Ca2+ aus zellulären Speichern insbesondere für die Trehalosesynthese benötigt, wobei sich jedoch beide Wege wechselseitig beeinflussen. Erstmals konnten an isolierten Trophocyten Änderungen von Ca2+ mikrofluorometrisch an Einzelzellen studiert werden. Das hypertrehalosämische Hormon ruft einen schnellen und starken Anstieg der intrazellulären Ca2+-Konzentration ([Ca2+]i) hervor. Die Untersuchungen deuten auf einen Signalweg über IP3 und Diacylglycerin hin, entsprechend der Phosphoinositidkaskade. Eine Beteiligung des biogenen Amins Octopamin, von cAMP oder von Stickstoffmonoxid (NO) an der Signaltransduktion scheint hingegen unwahrscheinlich. Der Zuckergehalt im Medium scheint ebenfalls auf die Trehalogenese zu wirken. Bei hohen Konzentrationen von Glucose oder Trehalose wurde eine Hemmung der Trehalosesynthese beobachtet, die als Rückkopplungshemmung gedeutet werden kann. Bei Hunger wird das im Fettkörper gespeicherte Glykogen stark reduziert. Außerdem scheint die Zahl der symbiontischen Mikroorganismen in den Mycetocyten verringert.

Untersuchungen zur Reparatur und Mutagenität oxidativer DNA-Schäden in vivo und deren Bedeutung für die Kanzerogenese

Gegenstand dieser Arbeit war die Untersuchung, welche Rolle endogen gebildete oxidative DNA-Modifikationen bei der Kanzerogenese spielen. Dazu wurden Cockayne Syndrom B-knockout-Mäuse (Csb-/-), 8-Hydroxyguanin-DNA-Glykosylase-knockout-Mäuse (Ogg1-/-) und Csb-/-/Ogg1-/- Mäuse generiert, die das bakterielle lacI-Gen (Big Blue®) tragen und somit für in vivo Mutationstests eingesetzt werden können. Die Ergebnisse zeigen, dass es in den Lebern der Ogg1-/- Mäuse zu einem 2,1-fachen und in Csb-/-/Ogg1-/- Mäusen zu einem statistisch signifikanten 3,3-fachen Anstieg der Mutationsfrequenz kommt. Die gefundene Erhöhung der Mutationsfrequenz war vor allem auf eine Erhöhung der G:C zu T:A Transversionen zurückzuführen, die typischerweise aus nicht repariertem 8 Hydroxyguanin (8-oxoG) entstehen. Aus mechanistischer Sicht verdeutlichen die Ergebnisse, dass OGG1 das primäre Abwehrsystem gegen oxidative DNA-Modifikationen darstellt und dass das CSB-Protein einen Ausfall von OGG1, selbst in nicht transkribierter DNA, teilweise kompensieren kann. Aus der Korrelation der gefundenen oxidativen DNA-Schäden - bestimmt mittels Alkalischer Elution und der bakteriellen Formamidopyrimidin-DNA-Glykosylase (Fpg-Protein) - mit der Mutationsfrequenz konnte abgeleitet werden, dass bereits weniger als 0,2 Fpg-sensitive DNA-Modifikationen pro 1 Million Basenpaare ausreichen, die spontane Mutationsfrequenz in vivo zu verdoppeln. Zur Untersuchung, welche Rolle die erhöhte Mutationsfrequenz bei der Krebsentstehung spielt, wurden Csb-/-/Ogg1-/- und Wildtyp-Mäuse mit dem Peroxisomenproliferator und spezifischem Leberpromotor WY-14,643 behandelt um spontan initiierte Hepatozyten zur Proliferation anzuregen. Als Endpunkt einer malignen Entartung wurde das Auftreten von Glucose-6-Phosphatase positiven und negativen Läsionen beobachtet. Es zeigte sich, dass Csb-/-/Ogg1-/- Mäuse signifikant mehr enzymveränderte Läsionen in ihren Lebern aufwiesen, als die Wildtyp-Kontrollen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass endogen gebildete oxidative DNA-Modifikationen und daraus resultierende Mutationen grundsätzlich einen erheblichen Anteil zur hohen spontanen Krebsinzidenz in der Bevölkerung leisten könnten.

Eine neue Form der Pyruvatkinase in Säugerspermien

Nach Homogenisation ejakulierter Eberspermien und Zentrifugation des Homogenates blieben mehr als 60% der Aktivität des glykolytischen Enzyms Pyruvatkinase (PK) an Zellfragmenten im Sediment gebunden. Diese strukturgebundene PK wurde als PK-S bezeichnet. Das Detergenz Triton X-100 führte nicht zur Ablösung der PK-S; mit Trypsin konnten jedoch rund 80% der PK-S ohne Verlust an Aktivität von den Strukturen gelöst und durch kombinierte Kationenaustausch- und Hydrophobizitätschromatographie gereinigt werden (spezifische Aktivität: 116,7 U/mg Protein). Die lösliche PK aus Eberspermien konnte ebenfalls durch ein ähnliches Verfahren angereichert werden. Im Gel (SDS-PAGE) zeigten die Untereinheiten der PK-S mit 64.400 eine geringfügig größere relative Molekülmasse als die der PK-M1 aus Kaninchenmuskel (62.000). Die kinetischen Eigenschaften der abgelösten PK-S als auch der noch an Spermienstrukturen gebundenen PK-S und der löslichen PK aus Eberspermien waren sehr ähnlich und entsprachen der M1-Isoform der PK. Antikörper gegen Kaninchenmuskel-PK (Anti-PK-M1) reagierten auch mit der löslichen PK und der PK-S aus Eberspermien. Edman-Abbau der ersten 19 Aminosäuren zeigte, dass die tryptisch abgelöste PK-S am N-Terminus um 5 Aminosäuren gegenüber nativer PK-M1 verlängert ist, während der C-Terminus der erhaltenen PK-S-Sequenz mit einem meist nahe dem N-Terminus gelegenen Sequenzabschnitt der PK-M1 und -M2 übereinstimmt. Die N-terminale Verlängerung der nativen PK-S enthält sicherlich mehr als die nach tryptischer Lyse nachgewiesenen 5 Aminosäuren. Vergleiche der Aminosäure- und übersetzten Nukleotidsequenzen sowie die kinetischen Eigenschaften lassen vermuten, dass die PK-S, wie die PK-M1 und PK-M2, vom PKM-Gen codiert wird. Gegen die gereinigte PK-S wurden Antikörper in Kaninchen produziert. Da das Antiserum nicht ausreichend spezifisch für PK-S war, wurden aus ihm affinitätschromatographisch Antikörper (Anti-PK-S) isoliert, die hohe Affinität zu einem synthetisierten PK-S-Peptid (13 N-terminale Aminosäuren der tryptisch abgelösten PK-S) hatten. Dieses Anti-PK-S-Präparat war spezifisch für PK-S; es reagierte weder mit Kaninchenmuskel-PK noch mit löslicher PK oder anderen Proteinen aus Eberspermien. Anti-PK-S und Anti-PK-M1 wurden zur Lokalisierung von PK-S und löslicher PK in Spermien von Eber, Bulle und Mensch sowie in Schnitten von Eberhoden eingesetzt. Mit Anti-PK-S wurden der Bereich des Akrosoms und das lange flagellare Hauptstück sowie der Übergangsbereich zwischen Kopf und Mittelstück von Eberspermien fluoreszenzmarkiert, wogegen das kurze, die Mitochondrien enthaltende Mittelstück des Flagellums und der postakrosomale Kopfbereich nur mit Anti-PK-M1 markiert wurden. Immunogoldmarkierung in elektronenmikroskopischen Bildern bestätigte die Lokalisierung von PK-S im Akrosombereich. Im Hauptstück banden Anti-PK-M1 und Anti-PK-S an die fibröse Scheide. Glyzerinaldehyd-3-phosphat Dehydrogenase (GAPDH) konnte von mir ebenfalls im Akrosombereich, im Übergangsbereich zwischen Kopf und Mittelstück und an der fibrösen Scheide detektiert werden. Auch an Bullen- und Humanspermien konnte über Immunogoldmarkierung PK und vermutlich GAPDH an der fibrösen Scheide gezeigt werden. Im Akrosombereich dieser Spermien waren die Nachweise von PK und GAPDH jedoch nicht sicher. In Eberhodenschnitten war die PK-S erstmals, oder zumindest vermehrt, in den elongierenden Spermatiden über Fluoreszenzmarkierung nachweisbar, während andere, vermutlich somatische PK vermehrt in den früheren Stadien (Spermatogonien, aber auch in den Spermatozyten und runden Spermatiden) auftrat. Für die GAPDH zeigte sich ein ähnlicher Entwicklungsverlauf. Die Ergebnisse zeigen, dass in Eberspermien zwei Isoformen der PK auftreten: eine N-terminal verlängerte, strukturgebundene Form, die PK-S, und eine lösliche Form, die beide der PK-M1 ähneln. Der ungewöhnliche N-Terminus der PK-S dient vermutlich der spezifischen räumlichen Anordnung der PK-S im Akrosombereich und an der fibrösen Scheide, nicht aber der Modulation kinetischer Eigenschaften. Meine Untersuchungen stützen die Hypothese, dass in bestimmten Kompartimenten von Säugerspermien die Glykolyse durch Verankerung einiger ihrer Enzyme strukturell hochgeordnet ist. Dadurch wird vermutlich die Versorgung der Mitochondrien-freien Regionen mit ATP sichergestellt. Man kann diese Organisation als Anpassung des Stoffwechsels von Spermien deuten, bei denen die Mitochondrien in einem kleinen Bereich (Mittelstück) hinter dem Spermienkopf kompartimentiert sind. Im Hauptstück des Flagellums könnte die Glykolyse ATP für die Spermienmotilität liefern, im Akrosombereich für die Verhinderung einer vorzeitigen Akrosomreaktion. Somit käme der strukturierten Glykolyse eine essentielle Bedeutung für die Befruchtungsfähigkeit von Säugerspermien zu.

Analysis of Two Component Systems in Group B Streptococcus Shows that RgfAC and the Novel FspSR Modulate Virulence and Bacterial Fitness

Group B Streptococcus (GBS), in its transition from commensal to pathogen, will encounter diverse host environments and thus require coordinately controlling its transcriptional responses to these changes. This work was aimed at better understanding the role of two component signal transduction systems (TCS) in GBS pathophysiology through a systematic screening procedure. We first performed a complete inventory and sensory mechanism classification of all putative GBS TCS by genomic analysis. Five TCS were further investigated by the generation of knock-out strains, and in vitro transcriptome analysis identified genes regulated by these systems, ranging from 0.1-3% of the genome. Interestingly, two sugar phosphotransferase systems appeared differently regulated in the knock-out mutant of TCS-16, suggesting an involvement in monitoring carbon source availability. High throughput analysis of bacterial growth on different carbon sources showed that TCS-16 was necessary for growth of GBS on fructose-6-phosphate. Additional transcriptional analysis provided further evidence for a stimulus-response circuit where extracellular fructose-6-phosphate leads to autoinduction of TCS-16 with concomitant dramatic up-regulation of the adjacent operon encoding a phosphotransferase system. The TCS-16-deficient strain exhibited decreased persistence in a model of vaginal colonization and impaired growth/survival in the presence of vaginal mucoid components. All mutant strains were also characterized in a murine model of systemic infection, and inactivation of TCS-17 (also known as RgfAC) resulted in hypervirulence. Our data suggest a role for the previously unknown TCS-16, here named FspSR, in bacterial fitness and carbon metabolism during host colonization, and also provide experimental evidence for TCS-17/RgfAC involvement in virulence.

Common obesity risk alleles in childhood attention-deficit/hyperactivity disorder

Children with attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) have a higher rate of obesity than children without ADHD. Obesity risk alleles may overlap with those relevant for ADHD. We examined whether risk alleles for an increased body mass index (BMI) are associated with ADHD and related quantitative traits (inattention and hyperactivity/impulsivity). We screened 32 obesity risk alleles of single nucleotide polymorphisms (SNPs) in a genome-wide association study (GWAS) for ADHD based on 495 patients and 1,300 population-based controls and performed in silico analyses of the SNPs in an ADHD meta-analysis comprising 2,064 trios, 896 independent cases, and 2,455 controls. In the German sample rs206936 in the NUDT3 gene (nudix; nucleoside diphosphate linked moiety X-type motif 3) was associated with ADHD risk (OR: 1.39; P = 3.4 × 10(-4) ; Pcorr  = 0.01). In the meta-analysis data we found rs6497416 in the intronic region of the GPRC5B gene (G protein-coupled receptor, family C, group 5, member B; P = 7.2 × 10(-4) ; Pcorr  = 0.02) as a risk allele for ADHD. GPRC5B belongs to the metabotropic glutamate receptor family, which has been implicated in the etiology of ADHD. In the German sample rs206936 (NUDT3) and rs10938397 in the glucosamine-6-phosphate deaminase 2 gene (GNPDA2) were associated with inattention, whereas markers in the mitogen-activated protein kinase 5 gene (MAP2K5) and in the cell adhesion molecule 2 gene (CADM2) were associated with hyperactivity. In the meta-analysis data, MAP2K5 was associated with inattention, GPRC5B with hyperactivity/impulsivity and inattention and CADM2 with hyperactivity/impulsivity. Our results justify further research on the elucidation of the common genetic background of ADHD and obesity.

5-Hydroxytryptamine-4 receptor messenger ribonucleic acid levels and densities in gastrointestinal muscle layers from healthy dairy cows

Serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT) is involved in gastrointestinal tract (GIT) motor functions through binding to specific receptors located in the GIT walls. The objectives of the current study were to compare mRNA levels and binding sites of 5-HT(4) receptors (5-HTR(4)) in smooth muscle layers from the fundus abomasi, pylorus, ileum, cecum, proximal loop of the ascending colon (PLAC), and external loop of the spiral colon (ELSC) of healthy dairy cows, and to verify whether mRNA and protein expression were correlated. Smooth muscle samples were prepared by scraping the mucosa and submucosa from full-thickness intestinal wall samples. The mRNA levels of 5-HTR(4) were measured by real-time PCR and expressed relative to those of the housekeeping gene glyceraldehyde phosphate dehydrogenase. Binding studies were performed using the 5-HTR(4) antagonist [(3)H]GR113808. The mRNA levels of 5-HTR(4) were affected (P < 0.05) by location along the GIT. The mRNA levels of 5-HTR(4) in the ELSC and the ileum were greater than in the PLAC (P = 0.05 and P = 0.07, respectively) but similar to those of all other locations. The competitive binding of [(3)H]GR113808 to suspended membranes from the fundus abomasi, pylorus, cecum, and ELSC was best fit by a 2-site receptor model, whereas it was best fit by a 1-site receptor model in the ileum and PLAC. The mRNA levels and numbers of 5-HTR(4) were not correlated (r = 0.14; P = 0.71). In conclusion, mRNA and binding sites for 5-HTR(4) are present in the smooth muscle layer of the entire GIT of dairy cows and may play a role with respect to motility. The effects of activation of this receptor subtype may be different among GIT locations due to differences in the amount of high- relative to low-affinity binding sites.