Antioxidant activity in vivo and in vitro of Halimeda incrassata aqueous extracts

The aim of the present paper was to provide the evidences for the antioxidant activity in Halimeda incrassata (Ellis) Lamouroux aqueous extracts obtained after simple water extraction of the fresh algae at room temperature (23°C). Previously in the literature, only antioxidant activity associated to carotenoids fractions of seaweeds has been reported. From different species of seaweeds, Halimeda incrassata aqueous extract exhibited the highest antioxidant activity on the inhibition of TBARS formed during the spontaneous lipid peroxidation of rat brain homogenates with an IC50 of 0.340mg.mL-1. Halimeda incrassata aqueous extract (0.5mg.mL-1), was also capable of decreasing the in vitro generation of hydrogen peroxide by two distinct metabolic pathways involving glutamic and malonic acids. Also, Halimeda incrassata (at doses of 50, 100 and 200mg.Kg-1) showed a neuroprotective effect in vivo on the gerbil model of bilateral carotid occlusion because of decreasing the locomotor and exploratory activity induced by ischemia. In summary, Halimeda incrassata aqueous extracts exhibit antioxidant properties in different in vitro as well as in vivo models which could be explained by the presence of several hydrosoluble compounds. Further studies on this way are necessary to elucidate the precise structure of these compounds. Low toxicity of most seaweeds to humans, but particularly of Halimeda genus may favor its use as functional food.

Caractérisation spatiale des syncytia formés par le couplage des astrocytes du noyau sensoriel principal du nerf trijumeau en fonction de la concentration de calcium extracellulaire.

Le mouvement masticatoire est généré et coordonné par un générateur de patron central (GPC) situé au niveau du pont. Plusieurs résultats antérieurs de notre laboratoire soutiennent que le réseau de neurones à l’origine de la rythmogénèse est situé dans le noyau sensoriel principal du nerf trijumeau (NVsnpr). Ces mêmes expériences révèlent que des diminutions de la concentration calcique extracellulaire ([Ca2+]e) tiennent une place importante dans la génération des bouffées de décharges des neurones de cette région. Notre laboratoire tente de vérifier si la contribution des astrocytes à l’homéostasie de la concentration calcique extracellulaire est impliquée dans la genèse du rythme. Cette étude a pour but la caractérisation spatiale du syncytium astrocytaire au sein du NVsnpr dorsal et l’étude de l’effet de la [Ca2+]e sur les propriétés astrocytaires électrophysiologiques et de connectivité. Nous avons utilisés pour ce faire la technique d’enregistrement par patch-clamp sur une préparation en tranche de tronc cérébral de rat. Nous démontrons ici que la diminution de la [Ca2+]e n’affecte pas les propriétés électrophysiologiques astrocytaires, mais induit une augmentation de la taille du syncytium. De plus, nous établissons l’existence au sein du NVsnpr dorsal d’une organisation anatomofonctionnelle du réseau astrocytaire calquée sur l’organisation neuronale.

Effets neurophysiologiques de la stimulation du nerf vague : implication dans le traitement de la dépression résistante et optimisation des paramètres de stimulation

La dépression est une pathologie grave qui, malgré de multiples stratégies thérapeutiques, demeure résistante chez un tiers des patients. Les techniques de stimulation cérébrale sont devenues une alternative intéressante pour les patients résistants à diverses pharmacothérapies. La stimulation du nerf vague (SNV) a ainsi fait preuve de son efficacité en clinique et a récemment été approuvée comme traitement additif pour la dépression résistante. Cependant, les mécanismes d’action de la SNV en rapport avec la dépression n’ont été que peu étudiés. Cette thèse a donc eu comme premier objectif de caractériser l’impact de la SNV sur les différents systèmes monoaminergiques impliqués dans la pathophysiologie de la dépression, à savoir la sérotonine (5-HT), la noradrénaline (NA) et la dopamine (DA), grâce à l’utilisation de techniques électrophysiologiques et de la microdialyse in vivo chez le rat. Des études précliniques avaient déjà révélé qu’une heure de SNV augmente le taux de décharge des neurones NA du locus coeruleus, et que 14 jours de stimulation sont nécessaires pour observer un effet comparable sur les neurones 5-HT. Notre travail a démontré que la SNV modifie aussi le mode de décharge des neurones NA qui présente davantage de bouffées, influençant ainsi la libération terminale de NA, qui est significativement augmentée dans le cortex préfrontal et l’hippocampe après 14 jours. L’augmentation de la neurotransmission NA s’est également manifestée par une élévation de l’activation tonique des récepteurs postsynaptiques α2-adrénergiques de l’hippocampe. Après lésion des neurones NA, nous avons montré que l’effet de la SNV sur les neurones 5-HT était indirect, et médié par le système NA, via l’activation des récepteurs α1-adrénergiques présents sur les neurones du raphé. Aussi, tel que les antidépresseurs classiques, la SNV augmente l’activation tonique des hétérorécepteurs pyramidaux 5-HT1A, dont on connait le rôle clé dans la réponse thérapeutique aux antidépresseurs. Par ailleurs, nous avons constaté que malgré une diminution de l’activité électrique des neurones DA de l’aire tegmentale ventrale, la SNV induit une augmentation de la DA extracellulaire dans le cortex préfrontal et particulièrement dans le noyau accumbens, lequel joue un rôle important dans les comportements de récompense et l’hédonie. Un deuxième objectif a été de caractériser les paramètres optimaux de SNV agissant sur la dépression, en utilisant comme indicateur le taux de décharge des neurones 5-HT. Des modalités de stimulation moins intenses se sont avérées aussi efficaces que les stimulations standards pour augmenter l’activité électrique des neurones 5-HT. Ces nouveaux paramètres de stimulation pourraient s’avérer bénéfiques en clinique, chez des patients ayant déjà répondu à la SNV. Ils pourraient minimiser les effets secondaires reliés aux périodes de stimulation et améliorer ainsi la qualité de vie des patients. Ainsi, ces travaux de thèse ont caractérisé l’influence de la SNV sur les trois systèmes monoaminergiques, laquelle s’avère en partie distincte de celle des antidépresseurs classiques tout en contribuant à son efficacité en clinique. D’autre part, les modalités de stimulation que nous avons définies seraient intéressantes à tester chez des patients recevant la SNV, car elles devraient contribuer à l’amélioration des bénéfices cliniques de cette thérapie.

Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

Regulation of excitotoxicity in thiamine deficiency : role of glutamate transporters.

L’excitotoxicité est un mécanisme physiopathologique majeur impliqué dans la pathogenèse de la déficience en thiamine (DT). Dans les régions cérébrales vulnérables à la DT, on observe une mort cellulaire induite par excitotoxicité dont l’origine semble être la conséquence d’une perturbation du métabolisme énergétique mitochondrial, d’une dépolarisation membranaire soutenue et d’une diminution de l’absorption du glutamate par les astrocytes suite à la diminution de l’expression des transporteurs EAAT1 et EAAT2. Il est clairement établi que le glutamate joue un rôle central dans l’excitotoxicité lors de la DT. Ainsi, la mise en évidence des mécanismes impliqués dans la diminution de l’expression des transporteurs du glutamate est essentielle à la compréhension de la physiopathologie de la DT. L’objectif de cette thèse consiste en l’étude de la régulation des transporteurs astrocytaires du glutamate et la mise au point de stratégies thérapeutiques ciblant la pathogenèse de l’excitotoxicité lors de l’encéphalopathie consécutive à la DT. Les principaux résultats de cette thèse démontrent des perturbations des transporteurs du glutamate à la fois dans des modèles animaux de DT et dans des astrocytes en culture soumis à une DT. La DT se caractérise par la perte du variant d’épissage GLT-1b codant pour un transporteur du glutamate dans le thalamus et le colliculus inférieur, les régions cérébrales affectées lors d’une DT, en l’absence de modification des niveaux d’ARNm. Ces résultats suggèrent une régulation post-transcriptionnelle de l’expression des transporteurs du glutamate en condition de DT. Les études basées sur l’utilisation d’inhibiteurs spécifiques des facteurs de transcription NFkB et de l’enzyme nucléaire poly(ADP)ribose polymérase-1 (PARP-1) démontrent que la régulation de l’expression du transporteur GLT-1 est sous le contrôle de voies de signalisation NFkB dépendantes de PARP-1. Cette étude démontre une augmentation de l’activation de PARP-1 et de NFkB dans les régions vulnérables chez le rat soumis à une DT et en culture d’astrocytes DT. L’inhibition pharmacologique du facteur de transcription NFkB par le PDTC induit une augmentation des niveaux d’expression de GLT-1, tandis que l’inhibition de PARP-1 par le DPQ conduit à l’inhibition de l’hyperactivation de NFkB observée lors de DT. L’ensemble de ces résultats met en évidence un nouveau mécanisme de régulation des transporteurs du glutamate par l’activation de PARP-1. L’accumulation de lactate est une caractéristique de la DT. Un traitement avec le milieu de culture d’astrocytes en condition de DT sur des cultures d’astrocytes naïfs induit une diminution de l’expression de GLT-1 ainsi qu’une inhibition de la capacité d’absorption du glutamate par les astrocytes naïfs. En revanche, l’administration de lactate exogène ne modifie pas le niveau d’expression protéique de GLT-1. Ainsi, des facteurs solubles autres que le lactate sont sécrétés par des astrocytes en condition de perturbation métabolique et peuvent potentiellement réguler l’activité des transporteurs du glutamate et contribuer à la pathogenèse du syncytium astroglial. En outre, la ceftriaxone, un antibiotique de la famille des β-lactamines, augmente de façon différentielle l’expression du variant-d’épissage GLT-1 dans le colliculus inférieur chez le rat DT et en culture d’astrocytes DT. Ces résultats suggèrent que la ceftriaxone peut constituer une avenue thérapeutique dans la régulation de l’activité des transporteurs du glutamate lors de DT. Pour conclure, la mort cellulaire d’origine excitotoxique lors de DT survient en conséquence d’une dysfonction mitochondriale associée à une perturbation du métabolisme énergétique cérébral. La modification de l’expression des transporteurs du gluatamate est sous le contrôle des voies de signalisation NFkB dépendantes du facteur PARP-1. De plus, l’inhibition métabolique et l’augmentation des sécrétions de lactate observées lors de DT peuvent également constituer un autre mécanisme physiopathologique expliquant la diminution d’expression des transporteurs de glutamate. Enfin, la ceftriaxone pourrait représenter une stratégie thérapeutique potentielle dans le traitement de la régulation de l’expression des transporteurs du glutamate et de la perte neuronale associés à l’excitotoxicité observée lors de DT.

Muscarinic M1 and M3 Receptors,IP3 and cGMP Functional Regulation in Streptozotocin Induced Diabetic Rats: Insulin and Somatotropin Induced Rejuvenation as a Function of Age

The present study describes that acetylcholine through muscarinic Ml and M3 receptors play an important role in the brain function during diabetes as a function of age. Cholinergic activity as indicated by acetylcholine esterase, a marker for cholinergic function, decreased in the brain regions - the cerebral cortex, brainstem and corpus striatum of old rats compared to young rats. in diabetic condition, it was increased in both young and old rats in cerebral cortex, and corpus striatum while in brainstem it was decreased. The functional changes in the muscarinic receptors were studied in the brain regions and it showed that muscarinic M I receptors of old rats were down regulated in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem it was up regulated. Muscarinic M3 receptors of old rats showed no significant change in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem muscarinic receptors were down regulated. During diabetes, muscarinic M I receptors were down regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were up regulated. In old rats, M I receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and in brainstem they were down regulated. Muscarinic M3 receptors were up regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were down regulated. In old rats, muscarinic M l receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and brainstem. In insulin treated diabetic rats the activity of the receptors were reversed to near control. Pancreatic muscarinic M3 receptor activity increased in the pancreas of both young and old rats during diabetes. In vitro studies using carbachol and antagonists for muscarinic Ml and M3 receptor subtypes confirmed the specific receptor mediated neurotransmitter changes during diabetes. Calcium imaging studies revealed muscarinic M I mediated Ca2 + release from the pancreatic islet cells of young and old rats. Electrophysiological studies using EEG recording in young and old rats showed a brain activity difference during diabetes. Long term low dose STH and INS treated rat brain tissues were used for gene expression of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDARl, mGlu-5,alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors to observe the neurotransmitter receptor functional interrelationship for integrating memory, cognition and rejuvenating brain functions in young and old. Studies on neurotransmitter receptor interaction pathways and gene expression regulation by second messengers like IP3 and cGMP in turn will lead to the development of therapeutic agents to manage diabetes and brain activity.From this study it is suggested that functional improvement of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDAR1, mGlu-5, alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors mediated through IP3 and cGMP will lead to therapeutic applications in the management of diabetes. Also, our results from long term low dose STH and INS treatment showed rejuvenation of the brain function which has clinical significance in maintaining healthy period of life as a function of age.

Eficacia y seguridad de la melatonina para el manejo de los trastornos del sueño en el autismo: meta-análisis

INTRODUCCIÓN: El 80% de los niños y adolescentes con trastornos del espectro autista (TEA) presenta algún trastorno del sueño, en cuya génesis al parecer intervienen alteraciones en la regulación de la melatonina. El objetivo de este metaanálisis fue determinar la eficacia y seguridad de la melatonina para el manejo de ciertos trastornos del sueño en niños con TEA. MÉTODOS: Tres revisores extrajeron los datos relevantes de los ensayos clínicos aleatorizados doble ciego de alta calidad publicados en bases de datos primarias, de ensayos clínicos, de revisiones sistemáticas y de literatura gris; además se realizó búsqueda en bola de nieve. Se analizaron los datos con RevMan 5.3. Se realizó un análisis del inverso de la varianza por un modelo de efectos aleatorios para las diferencias de medias de los desenlaces propuestos: duración del tiempo total, latencia de sueño y número de despertares nocturnos. Se evaluó la heterogeneidad interestudios con el parámetro I2 RESULTADOS: La búsqueda inicial arrojó 355 resultados, de los cuales tres cumplieron los criterios de selección. La melatonina resultó ser un medicamento seguro y eficaz para aumentar la duración total del sueño y disminuir la latencia de sueño en niños y adolescentes con TEA; hasta el momento la evidencia sobre el número de despertares nocturnos no es estadísticamente significativa. DISCUSIÓN: A la luz de la evidencia disponible, la melatonina es una elección segura y eficaz para el manejo de ciertos problemas del sueño en niños y adolescentes con TEA. Es necesario realizar estudios con mayores tamaños muestrales y comparados con otros medicamentos disponibles en el mercado.

Medicinal cannabis: is delta9-tetrahydrocannabinol necessary for all its effects?

Cannabis is under clinical investigation to assess its potential for medicinal use, but the question arises as to whether there is any advantage in using cannabis extracts compared with isolated Delta9-trans-tetrahydrocannabinol (Delta9THC), the major psychoactive component. We have compared the effect of a standardized cannabis extract (SCE) with pure Delta9THC, at matched concentrations of Delta9THC, and also with a Delta9THC-free extract (Delta9THC-free SCE), using two cannabinoid-sensitive models, a mouse model of multiple sclerosis (MS), and an in-vitro rat brain slice model of epilepsy. Whilst SCE inhibited spasticity in the mouse model of MS to a comparable level, it caused a more rapid onset of muscle relaxation, and a reduction in the time to maximum effect compared with Delta9THC alone. The Delta9THC-free extract or cannabidiol (CBD) caused no inhibition of spasticity. However, in the in-vitro epilepsy model, in which sustained epileptiform seizures were induced by the muscarinic receptor agonist oxotremorine-M in immature rat piriform cortical brain slices, SCE was a more potent and again more rapidly-acting anticonvulsant than isolated Delta9THC, but in this model, the Delta9THC-free extract also exhibited anticonvulsant activity. Cannabidiol did not inhibit seizures, nor did it modulate the activity of Delta9THC in this model. Therefore, as far as some actions of cannabis were concerned (e.g. antispasticity), Delta9THC was the active constituent, which might be modified by the presence of other components. However, for other effects (e.g. anticonvulsant properties) Delta9THC, although active, might not be necessary for the observed effect. Above all, these results demonstrated that not all of the therapeutic actions of cannabis herb might be due to the Delta9THC content

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.

mRNA expression of corticotropin-releasing factor and urocortin 1 after restraint and foot shock together with alprazolam administration

Corticotropin-releasing factor (CRF) is expressed in the paraventricular nucleus of the hypothalamus (PVN), and act centrally to provoke stress-like autonomic and behavioral responses. Urocortins 1-3 are additional ligands to the CRF receptors 1 and 2. Ucn 1 neurons are primarily concentrated in the Edinger-Westphal (EW) nucleus and also have been associated with stress responses. It is also known that UCN 1 respond in different ways depending on the stressor presented. Benzodiazepines can act via the CRF peptidergic system and chronic administration of alprazolam does not interfere with CRF mRNA expression in the PVN, but significantly increase Ucn 1 mRNA expression in the EW. The aim of our study was to investigate the relationship between different stressor stimuli, foot shock (FS) and restraint (R), and the mRNA expression of CRF and Ucn 1 in the PVN and EW using alprazolam (A). We employed fos activation and in situ hybridization. Restraint group presented increased fos-ir and CRF mRNA expression in the PVN compared to FS group. The stress responses of R group were prevented by A. In the EW,fos-ir was higher in the FS group than in the R group, whereas Ucn 1 mRNA expression was higher in the R group than in the FS group. Alprazolam significantly increased fos-ir and Ucn 1 mRNA expression in both groups. Our results show that PVN and EW respond in different ways to the same stressors. Furthermore, EW of stressed animals replies in a complementary way comparing to PVN with the use of Alprazolam. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Melanin-concentrating hormone projections to areas involved in somatomotor responses

The lateral hypothalamic area (LHA) participates in the integration of sensory information and somatomotor responses associated with hunger and thirst. Although the LHA is neurochemically heterogeneous, a particularly high number of cells express melanin-concentrating hormone (MCH), which has been reported to play a role in energy homeostasis. Treatment with MCH increases food intake, and MCH mRNA is overexpressed in leptin-deficient (ob/ob) mice. Mice lacking both MCH and leptin present reduced body fat, mainly due to increased resting energy expenditure and locomotor activity. Dense MCH innervation of the cerebral motor cortex (MCx) and the pedunculopontine tegmental nucleus (PPT), both related to motor function, has been reported. Therefore, we postulated that a specific group of MCH neurons project to these areas. To investigate our hypothesis, we injected retrograde tracers into the MCx and the PPT of rats, combined with immunohistochemistry. We found that 25% of the LHA neurons projecting to the PPT were immunoreactive for MCH, and that 75% of the LHA neurons projecting to the MCx also contained MCH. Few MCH neurons were found to send collaterals to both areas. We also found that 15% of the incerto-hypothalamic neurons projecting to the PPT expressed MCH immunoreactivity. Those neurons preferentially innervated the rostral PPT. In addition, we observed that the MCH neurons express glutamic acid decarboxylase mRNA, a gamma-aminobutyric acid (GABA) synthesizing enzyme. We postulate that MCH/GABA neurons are involved in the inhibitory modulation of the innervated areas, decreasing motor activity in states of negative energy balance. (C) 2007 Published by Elsevier B.V.

Calcium-binding proteins in the circadian centers of the common marmoset (Callithrix jacchus) and the rock cavy (Kerodon rupestris) brains

The hypothalamic suprachiasmatic nucleus (SCN) and the thalamic intergeniculate leaflet (IGL) are considered to be the main centers of the mammalian circadian timing system. In primates, the IGL is included as part of the pregeniculate nucleus (PGN), a cell group located mediodorsally to the dorsal lateral geniculate nucleus. This work was carried out to comparatively evaluate the immunohistochemical expression of the calcium-binding proteins calbindin D-28k (CB), parvalbumin (PV), and calretinin (CR) into the circadian brain districts of the common marmoset and the rock cavy. In both species, although no fibers, terminals or perikarya showed PV-immunoreaction (IR) into the SCN, CB-IR perikarya labeling was detected throughout the SCN rostrocaudal extent, Seeming to delimit its cytoarchitectonic borders. CR-IR perikarya and neuropil were noticed into the ventral and dorsal portions of the SCN, lacking immunoreactivity in the central core of the marmoset and filling the entire nucleus in the rockcavy. The PGN of the marmoset presented a significant number of CB-, PV-, and CR-IR perikarya throughout the nucleus. The IGL of the rocky cavy exhibited a prominent CB- and CR-IR neuropil, showing similarity to the pattern found in other rodents. By comparing with literature data from other mammals, the results of the present study suggest that CB, PV, and CR are differentially distributed into the SCN and IGL among species. They may act either in concert or in a complementary manner in the SCN and IGL, so as to participate in specific aspects of the circadian regulation. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Distinct subsets of hypothalamic genes are modulated by two different thermogenesis-inducing stimuli

Obesity results from an imbalance between food intake and energy expenditure, two vital functions that are tightly controlled by specialized neurons of the hypothalamus. The complex mechanisms that integrate these two functions are only beginning to be deciphered. The objective of this study was to determine the effect of two thermogenesis-inducing conditions, i.e., ingestion of a high-fat (HF) diet and exposure to cold environment, on the expression of 1,176 genes in the hypothalamus of Wistar rats. Hypothalamic gene expression was evaluated using a cDNA macroarray approach. mRNA and protein expressions were determined by reverse-transcription PCR (RT-PCR) and immunoblot. Cold exposure led to an increased expression of 43 genes and to a reduced expression of four genes. HF diet promoted an increased expression of 90 genes and a reduced expression of 78 genes. Only two genes (N-methyl-D-aspartate (NMDA) receptor 2B and guanosine triphosphate (GTP)-binding protein G-alpha-i1) were similarly affected by both thermogenesis-inducing conditions, undergoing an increment of expression. RT-PCR and immunoblot evaluations confirmed the modulation of NMDA receptor 2B and GTP-binding protein G-alpha-i1, only. This corresponds to 0.93% of all the responsive genes and 0.17% of the analyzed genes. These results indicate that distinct environmental thermogenic stimuli can modulate predominantly distinct profiles of genes reinforcing the complexity and multiplicity of the hypothalamic mechanisms that regulate energy conservation and expenditure.

Mechanism of acetylcholine-induced calcium signaling during neuronal differentiation of P19 embryonal carcinoma cells in vitro

Muscarinic (mAChRs) and nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) are involved in various physiological processes, including neuronal development. We provide evidence for expression of functional nicotinic and muscarinic receptors during differentiation of P19 carcinoma embryonic cells, as an in vitro model of early neurogenesis. We have detected expression and activity alpha(2)-alpha(7), beta(2), beta(4) nAChR and M1-M5 mAChR subtypes during neuronal differentiation. Nicotinic alpha(3) and beta(2) mRNA transcription was induced by addition of retinoic acid to P19 cells. Gene expression Of alpha(2), alpha(4)-alpha(7), beta(4) nAChR subunits decreased during initial differentiation and increased again when P19 cells underwent final maturation. Receptor response in terms of nicotinic agonist-evoked Ca2+, flux was observed in embryonic and neuronal-differentiated cells. Muscarinic receptor response, merely present in undifferentiated P19 cells, increased during neuronal differentiation. The nAChR-induced elevation of intracellular calcium ([Ca2+](i)) response in undifferentiated cells was due to Ca2+ influx. In differentiated P19 neurons the nAChR-induced [Ca2+](i) response was reduced following pretreatment with ryanodine, while the mAChR-induced response was unaffected indicating the contribution of Ca2+ release from ryanodine-sensitive stores to nAChR- but not mAChR-mediated Ca2+ responses. The presence of functional nAChRs in embryonic cells suggests that these receptors are involved in triggering Ca2+ waves during initial neuronal differentiation. (C) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Catalytic properties of thimet oligopeptidase H600A mutant

Thimet oligopeptidase (EC 3.4.24.15, TOP) is a metallo-oligopeptidase that participates in the intracellular metabolism of peptides. Predictions based on structurally analogous peptidases (Dcp and ACE-2) show that TOP can present a hinge-bend movement during substrate hydrolysis, what brings some residues closer to the substrate. One of these residues that in TOP crystallographic structure are far from the catalytic residues, but, moves toward the substrate considering this possible structural reorganization is His(600). In the present work, the role of His(600) of TOP was investigated by site-directed mutagenesis. TOP H600A mutant was characterized through analysis of S(1) and S(1)`, specificity, pH-activity profile and inhibition by JA-2. Results showed that TOP His(600) residue makes important interactions with the substrate, supporting the prediction that His(600) moves toward the substrate due to a hinge movement similar to the Dcp and ACE-2. Furthermore, the mutation H600A affected both K(m) and k(cat), showing the importance of His(600) for both substrate binding and/or product release from active site. Changes in the pH-profile may indicate also the participation of His(600) in TOP catalysis, transferring a proton to the newly generated NH(2)-terminus or helping Tyr(605) and/or Tyr(612) in the intermediate oxyanion stabilization. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.