Tethyan margins in space and time

Rifting processes, leading to sea-floor spreading, are characterized by a sequence of events: transtensive phase of extension with syn-rift volcanism; simple shear extension accompanied by lithospheric thinning and asthenospheric up-welling and thermal uplift of the rift shoulder and asymmetric volcanism. The simple shear model of extension leads to an asymmetric model of passive margin: a lower plate tilted block margin and an upper plate flexural, ramp-like margin- Both will be affected by thermal contraction and subsidence, starting soon after sea-floor spreading. Based on these actualistic models Tethyan margins are classified as one type or the other. Their evolution from the first transtensional phase of extension to the passive margin stage are analyzed. Four main rifting events are recognized in the Tethyan realm: an episode of lower Paleozoic events leading to the formation of the Paleotethys; a Late Paleozoic event leading to the opening of the Permotethys and East Mediterranean basin: an early Mesozoic event leading to the opening of the Pindos Neotethys and a Jurassic event related to the opening of the Alpine/Atlantic Neotethys. Type margins are given as example of each rifting event: -Northern Iran (Alborz) as a type area for the Late Ordovician to Silurian rifting of Paleotethys. -Northern India and Oman for the Late Carboniferous to early Permian rifting of Permotethys. -The East Mediterranean (Levant, Tunisia) as a Late Carboniferous rifting event. -The Neotethyan rifting phases are separated in two types: an eastern Pindos system found in Turkey and Greece is genetically linked to the Permotethys with a sea-floor spreading delayed until middle Triassic: a western Alpine system directly linked to the opening of the central Atlantic is characterized by a Late Triassic transtensive phase, an early to Middle Liassic break-away phase and. following sea-floor spreading, a thermal subsidence phase starting in Dogger. Problems related to the closure of the Paleozoic oceanic domains are reviewed. A Late Permian, early Triassic phase of `'docking'' between an European accretionary prism (Chios) and a Paleotethyan margin is supported by recent findings in the Mediterranean area. Back-arc rifting within the European active margin led to the formation of marginal seas during Permian and Triassic times and will contribute to the closure of the Paleozoic oceans.

Artificial muscle to wash blood out of fibrillating atrium: an alternative to lifelong anticoagulation.

The Atripump is a motorless, volume displacement pump based on artificial muscle technology that could reproduce the pump function of normal atrium. It could help prevent blood clots due to blood stagnation and eventually avoid anticoagulation therapy in atrial fibrillation (AF). An animal study has been designed to assess mechanical effects of this pump on fibrillating atrium. The Atripump is a dome shaped silicone coated nitinol actuator. A pacemaker like control unit drives the actuator. In five adult sheep, the right atrium (RA) was exposed and dome sutured onto the epicardium. Atrial fibrillation was induced using rapid epicardial pacing (600 beats/min). Ejection fraction of the RA was obtained with intracardiac ultrasound in baseline, AF and Atripump assisted AF conditions. The dome's contraction rate was 60/min with power supply of 12V, 400 mA for 200 ms and ran for 2 hours in total. Mean temperature on the RA was 39+/-1.5 degrees C. Right atrium ejection fraction was 31% in baseline conditions, 5% and 20% in AF and assisted AF, respectively. In two animals a thrombus appeared in the right appendix and washed out once the pump was turned on. The Atripump washes blood out the RA acting as an anticoagulant device. Possible clinical implications in patients with chronic AF are prevention of embolism of cardiac origin and avoidance of hemorrhagic complication due to chronic anticoagulation.

Cardiac rotation and relaxation after anterolateral myocardial infarction.

BACKGROUND: Both systolic and diastolic dysfunction have been observed in patients with anterolateral myocardial infarction. Diastolic dysfunction is related to disturbances in relaxation and diastolic filling. OBJECTIVE: To analyse cardiac rotation, regional shortening and diastolic relaxation in patients with anterolateral infarction. METHODS: Cardiac rotation and relaxation in controls and patients with chronic anterolateral infarction were assessed by myocardial tagging. Myocardial tagging is based on magnetic resonance imaging and allows us to label specific myocardial regions for imaging cardiac motion (rotation, translation and radial displacement). A rectangular grid was placed on the myocardium (basal, equatorial and apical short-axis plane) of each of 18 patients with chronic anterolateral infarction and 13 controls. Cardiac rotation, change in area and shortening of circumference were determined in each case. RESULTS: The left ventricle in controls performs a systolic wringing motion with a clockwise rotation at the base and a counterclockwise rotation at the apex when viewed from the apex. During relaxation a rotational motion in the opposite direction (namely untwisting) can be observed. In patients with anterolateral infarction, there is less systolic rotation at the apex and diastolic untwisting is delayed and prolonged in comparison with controls. In the presence of a left ventricular aneurysm (n = 4) apical rotation is completely lost. There is less shortening of circumference in infarcted and remote regions. CONCLUSIONS: The wringing motion of the myocardium might be an important mechanism involved in maintaining normal cardiac function with minimal expenditure of energy. This mechanism no longer operates in patients with left ventricular aneurysms and operates significantly less than normal in those with anterolateral hypokinaesia. Diastolic untwisting is significantly delayed and prolonged in patients with anterolateral infarction, which could explain the occurrence of diastolic dysfunction in these patients.

mitoKATP channel activation in the postanoxic developing heart protects E-C coupling via NO-, ROS-, and PKC-dependent pathways.

Whereas previous studies have shown that opening of the mitochondrial ATP-sensitive K(+) (mitoK(ATP)) channel protects the adult heart against ischemia-reperfusion injury, it remains to be established whether this mechanism also operates in the developing heart. Isolated spontaneously beating hearts from 4-day-old chick embryos were subjected to 30 min of anoxia followed by 60 min of reoxygenation. The chrono-, dromo-, and inotropic disturbances, as well as alterations of the electromechanical delay (EMD), reflecting excitation-contraction (E-C) coupling, were investigated. Production of reactive oxygen species (ROS) in the ventricle was determined using the intracellular fluorescent probe 2',7'-dichlorofluorescin (DCFH). Effects of the specific mitoK(ATP) channel opener diazoxide (Diazo, 50 microM) or the blocker 5-hydroxydecanoate (5-HD, 500 microM), the nitric oxide synthase (NOS) inhibitor N(G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME, 50 microM), the antioxidant N-(2-mercaptopropionyl)glycine (MPG, 1 mM), and the PKC inhibitor chelerythrine (Chel, 5 microM) on oxidative stress and postanoxic functional recovery were determined. Under normoxia, the baseline parameters were not altered by any of these pharmacological agents, alone or in combination. During the first 20 min of postanoxic reoxygenation, Diazo doubled the peak of ROS production and, interestingly, accelerated recovery of ventricular EMD and the PR interval. Diazo-induced ROS production was suppressed by 5-HD, MPG, or L-NAME, but not by Chel. Protection of ventricular EMD by Diazo was abolished by 5-HD, MPG, L-NAME, or Chel, whereas protection of the PR interval was abolished by L-NAME exclusively. Thus pharmacological opening of the mitoK(ATP) channel selectively improves postanoxic recovery of cell-to-cell communication and ventricular E-C coupling. Although the NO-, ROS-, and PKC-dependent pathways also seem to be involved in this cardioprotection, their interrelation in the developing heart can differ markedly from that in the adult myocardium.

Activity of praziquantel on in vitro transformed Schistosoma mansoni sporocysts

Praziquantel (PZQ) is effective against all the evolutive phases of Schistosoma mansoni. Infected Biomphalaria glabrata snails have their cercarial shedding interrupted when exposed to PZQ. Using primary in vitro transformed sporocysts, labeled with the probe Hoechst 33258 (indicator of membrane integrity), and lectin of Glycine max (specific for carbohydrate of N-acetylgalactosamine membrane), we evaluated the presence of lysosomes at this evolutive phase of S. mansoni, as well as the influence of PZQ on these acidic organelles and on the tegument of the sporocyst. Although the sporocyst remained alive, it was observed that there was a marked contraction of its musculature, and there occurred a change in the parasite's structure. Also, the acidic vesicles found in the sporocysts showed a larger delimited area after contact of the parasites with PZQ. Damages to the tegument was also observed, as show a well-marked labeling either with Hoechst 33258 or with lectin of Glycine max after contact of sporocysts with the drug. These results could partially explain the interruption/reduction mechanism of cercarial shedding in snails exposed to PZQ.

Effects of two types of fatigue on the VO(2) slow component.

The aim of the study was to test the hypothesis of the involvement of type II fibres in the V.O (2) slow component phenomenon by using two prior fatiguing protocols on the knee extensor muscles. Nine subjects performed three constant-load cycling exercises at a work rate corresponding to 80 % of their V.O (2) max: (i) preceded by a 20-min fatiguing protocol using electromyostimulation (EMS), (ii) preceded by a 20-min fatiguing protocol using voluntary contractions (VOL), and (iii) without fatiguing protocol (NFP). Voluntary and evoked neuromuscular properties of the knee extensor muscles were tested before (PRE) and after (POST) the two fatiguing protocols. Results show a significant reduction in voluntary force after both fatiguing protocols (-19.9 % and -11.8 %, in EMS and VOL, respectively p<0.01). After EMS, this decrease was greater than after VOL (p<0.05) and was combined with a slackening of muscle contractile properties which was absent after VOL (p<0.05). Regarding the effects on oxygen uptake kinetics, the appearance of the slow component was delayed after EMS and its amplitude was lower than those obtained in VOL and NFP conditions (0.48+/-0.07 vs. 0.75+/-0.09 and 0.69+/-0.08 L . min (-1), respectively; p<0.05). It can thus be concluded that exercises dedicated to preferentially fatiguing type II fibres may alter V.O (2) kinetics.

Feeding behavior of Triatoma vitticeps (Reduviidae: Triatominae) in the state of Minas Gerais, Brazil

The objective of this study was to evaluate the feeding behavior of Triatoma vitticeps through the identification of its food sources and the characterization of the blood ingestion process. In addition, we aimed to verify if the saliva of this vector interferes with the perception of the host during the feedings by creating a nervous impulse. Here, we demonstrated that the T. vitticeps saliva reduces, gradually and irreversibly, the amplitude of the compound action potential of the nervous fibre, which helps decrease the perception of the insect by the host. The precipitin reaction demonstrated the feeding eclecticism of this vector, with the identification of eight food sources - most of them found simultaneously in the same insect. The analysis of the electrical signals produced by the cibarial pump during meals demonstrated that the best feeding performance of T. vitticeps nymphs that fed on pigeons is mainly due to the higher contraction frequency of the pump. The longer contact period with the host to obtain a complete meal compared with other triatominae species of the same instar could favor the occurrence of multiple blood sources in T. vitticeps under natural conditions, as it was evidenced by the precipitin test.

High throughput 3D super-resolution microscopy reveals Caulobacter crescentus in vivo Z-ring organization.

We created a high-throughput modality of photoactivated localization microscopy (PALM) that enables automated 3D PALM imaging of hundreds of synchronized bacteria during all stages of the cell cycle. We used high-throughput PALM to investigate the nanoscale organization of the bacterial cell division protein FtsZ in live Caulobacter crescentus. We observed that FtsZ predominantly localizes as a patchy midcell band, and only rarely as a continuous ring, supporting a model of "Z-ring" organization whereby FtsZ protofilaments are randomly distributed within the band and interact only weakly. We found evidence for a previously unidentified period of rapid ring contraction in the final stages of the cell cycle. We also found that DNA damage resulted in production of high-density continuous Z-rings, which may obstruct cytokinesis. Our results provide a detailed quantitative picture of in vivo Z-ring organization.

A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Comprehensive analysis of NRG1 common and rare variants in Hirschsprung patients.

Hirschsprung disease (HSCR, OMIM 142623) is a developmental disorder characterized by the absence of ganglion cells along variable lengths of the distal gastrointestinal tract, which results in tonic contraction of the aganglionic gut segment and functional intestinal obstruction. The RET proto-oncogene is the major gene for HSCR with differential contributions of its rare and common, coding and noncoding mutations to the multifactorial nature of this pathology. Many other genes have been described to be associated with the pathology, as NRG1 gene (8p12), encoding neuregulin 1, which is implicated in the development of the enteric nervous system (ENS), and seems to contribute by both common and rare variants. Here we present the results of a comprehensive analysis of the NRG1 gene in the context of the disease in a series of 207 Spanish HSCR patients, by both mutational screening of its coding sequence and evaluation of 3 common tag SNPs as low penetrance susceptibility factors, finding some potentially damaging variants which we have functionally characterized. All of them were found to be associated with a significant reduction of the normal NRG1 protein levels. The fact that those mutations analyzed alter NRG1 protein would suggest that they would be related with HSCR disease not only in Chinese but also in a Caucasian population, which reinforces the implication of NRG1 gene in this pathology.

Twitch potentia induced by two different modalities of neuromuscular electrical stimulation: implications for motor unit recruitment.

INTRODUCTION: We tested the hypothesis that twitch potentiation would be greater following conventional (CONV) neuromuscular electrical stimulation (50-µs pulse width and 25-Hz frequency) compared with wide-pulse high-frequency (WPHF) neuromuscular electrical stimulation (1-ms, 100-Hz) and voluntary (VOL) contractions, because of specificities in motor unit recruitment (random in CONV vs. random and orderly in WPHF vs. orderly in VOL). METHODS: A single twitch was evoked by means of tibial nerve stimulation before and 2 s after CONV, WPHF, and VOL conditioning contractions of the plantar flexors (intensity: 10% maximal voluntary contraction; duration: 10 s) in 13 young healthy subjects. RESULTS: Peak twitch increased (P<0.05) after CONV (+4.5±4.0%) and WPHF (+3.3±5.9%), with no difference between the 2 modalities, whereas no changes were observed after VOL (+0.8±2.6%). CONCLUSIONS: Our results demonstrate that presumed differences in motor unit recruitment between WPHF and CONV do not seem to influence twitch potentiation results.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Étude de la fonction de GLUT8 sur un modèle de souris "knock-out"

Résumé GLUT8 est la première des nouvelles isoformes des GLUT récemment identifiés. Il est fortement exprimé dans les testicules et plus faiblement dans les blastocystes, le cerveau, particulièrement au niveau de l'hippocampe, et le coeur. En conditions basales, il est retenu dans un compartiment intracellulaire. Si on l'exprime en surface cellulaire, par la mutation du motif d'internalisation dileucine, il transporte le glucose avec une bonne affinité. Dans le but d'étudier sa fonction au niveau de l'organisme, nous avons créé un modèle de knock out conditionnel, en entourant le dernier exon du gène de GLUT8 par deux sites loxP. En croisant nos souris avec une souche de souris transgénique exprimant la cre-recombinase dans les cellules de la lignée germinale, nous avons généré un modèle de souris portant la délétion totale de GLUT8 de manière constitutionnelle. Les statistiques effectuées sur les premières naissances indiquent qu'une partie des souris knock out ne survit pas, suggérant un rôle de GLUT8 au niveau du développement embryonnaire. Les souris qui ont survécu ne présentent toutefois pas d'anomalies durant la croissance et sont fertiles. Elles ont des taux de glucose et d'insuline sanguins normaux. Au niveau cérébral, la structure de l'hippocampe n'est pas modifiée par la suppression de GLUT8, cependant, les souris GLUT8-/- présentent une prolifération cellulaire augmentée dans le gyrus denté. Cette augmentation de division cellulaire pourrait être la réponse adaptée à une éventuelle augmentation de la mort cellulaire au niveau de l'hippocampe. Elles ne semblent toutefois pas présenter de défauts cognitifs majeurs dans le bassin de Morris en conditions normales. Toutefois, en conditions de jeûne, elles tendent à une meilleure mémorisation à court terme. Les études morphologiques et histologiques au niveau cardiaque n'ont pas révélé de d'hypertrophie au niveau ventriculaire. La stimulation de la contraction à l'isoprotérénol n'a pas mis en évidence de défaut d'adaptation des coeurs GLUT8-/-. Cependant l'analyse fonctionnelle par électrocardiogramme, en conditions basales, a montré une augmentation de la durée de l'onde P, suggérant un défaut dans la dépolarisation des oreillettes. Nos résultats indiquent que GLUT8 ne joue pas un rôle prédominant dans la survie et la fonction basale des souris. Il pourrait jouer un rôle plus important dans des situations stressantes pour l'organisme, comme l'hypoglycémie ou les conditions d'ischémie qui induiraient son expression à la membrane plasmique et stimuleraient le captage du glucose. Abstract GLUT8 was the first of the recently identified isoform of the GLUT family proteins. It is strongly expressed in the testis. It is also found at a lower level in the blastocyst, in heart and in the brain. Under basal conditions, it is retained in the intracellular compartment, but when the internalization motif dileucine is mutated, GLUT8 translocates to the plasma membrane and transports glucose with a relatively high affinity. To study its function in vivo, we created a conditional knock out mouse model. To do so, we targeted the last exon of the GLUT8 gene with two loxP sites. We then crossed these mice with a transgenic model expressing the cre-recombinase in the gem' line to generate a constitutional total knock out mouse. The statistics made on the first breedings showed that some of the knock out mice do not survive, suggesting a role of GLUT8 in the embryonic development. Conversely mice who survive do not show developmental defects and they are fertile with normal glucose and insulin blood levels. In the brain, the general structure of the hippocampus is not modified by the deletion of GLUT8. However, GLUT8-/- mice show an increase in the cell proliferation in the dentate gyms. This cell proliferation could be due to an increase in the cell death in the hippocampus. When tested in the morris water maze, these mice do not show any cognitive defects in the basal conditions, but they have a tendency to learn better in fasted conditions. The morphological and histological studies made at the heart level did not show any cardiac hypertrophy in the ventricles. The stimulation with isoproterenol did not show any adaptation defects in the GLUT8-/- hearts. However, the functional analysis made in basal conditions with the electrocardiogram showed an increase in the P wave length, suggesting a defect in the atrial depolarization in the knock out mice. Overall, our results show that GLUT8 does not play an important role in the basal general functions in the mice, but might play a more important role during whole organism stress. Hypoglycaemia or ischemia, for example could stimulate the GLUT8 translocation to the plasma membrane to increase specifically glucose uptake. Résumé tout public Les différentes cellules de l'organisme possèdent des propriétés particulières, qui leur permettent de maintenir les fonctions de l'organe auquel elles appartiennent. La membrane plasmique qui les délimite sélectionne les substances qui vont pénétrer à l'intérieur de la cellule et permet ainsi de maintenir un environnement interne constant. Le glucose est une source d'énergie importante pour la cellule et doit pouvoir pénétrer à l'intérieur de la cellule. Il utilise pour cela des protéines de transport qui le feront passer de part et d'autre de la membrane. Les protéines de la famille des GLUT (pour GLUcose Transporter) possèdent cette capacité. GLUT8 est un membre de la famille des GLUT identifié récemment. Il possède la capacité de transporter le glucose quand il se présente à la surface de la cellule. Il est principalement exprimé dans les testicules, dans le coeur et le cerveau et durant le développement embryonnaire. Son rôle n'est toutefois pas encore défini. Ce travail consiste à étudier la fonction de GLUT8 au niveau de l'organisme entier. Nous avons créé un modèle de souris dans lesquelles l'expression de GLUT8 a été supprimée pour mettre en évidence son importance dans le maintien de l'intégrité des fonctions du corps. Les observations effectuées sur les souris qui n'expriment plus GLUT8 nous indiquent que leurs cellules prolifèrent plus vite au niveau de l'hippocampe. L'hippocampe est une structure située dans le cerveau qui est impliquée dans les phénomènes d'apprentissage. Les souris qui ont été testées dans des tâches d'apprentissage n'ont malgré cela pas montré une amélioration de la mémorisation. Dans le coeur, la suppression de GLUT8 semble présenter un défaut quand on mesure l'activité électrique du coeur par électrocardiogramme. Toutefois, ils fonctionnent normalement et ne présentent pas de défauts morphologiques en conditions normales. Les expériences effectuées sur les modèles de souris indiquent que GLUT8 ne jouerait pas un rôle prédominant dans le fonctionnement normal du corps. Il pourrait exercer sa fonction dans des situations plus particulières comme l'hypoglycémie, où il permettrait une meilleure capacité à transporter le glucose dans les cellules.

Physiopathologie du coeur embryonnaire soumis à l'anoxie-réoxygénation: rôle protecteur du NO et des canaux KATP

RESUME Introduction : Dans le coeur adulte, l'ischémie et la reperfusion entraînent des perturbations électriques, mécaniques, biochimiques et structurales qui peuvent causer des dommages réversibles ou irréversibles selon la sévérité de l'ischémie. Malgré les récents progrès en cardiologie et en chirurgie foetales, la connaissance des mécanismes impliqués dans la réponse du myocarde embryonnaire à un stress hypoxique transitoire demeure lacunaire. Le but de ce travail a donc été de caractériser les effets chrono-, dromo- et inotropes de l'anoxie et de la réoxygénation sur un modèle de coeur embryonnaire isolé. D'autre part, les effets du monoxyde d'azote (NO) et de la modulation des canaux KATP mitochondriaux (mito KATP) sur la récupération fonctionnelle postanoxique ont été étudiés. La production myocardique de radicaux d'oxygène (ROS) et l'activité de MAP Kinases (ERK et JNK) impliquées dans la signalisation cellulaire ont également été déterminées. Méthodes : Des coeurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours battant spontanément ont été placés dans une chambre de culture puis soumis à une anoxie de 30 min suivie d'une réoxygénation de 60 min. L'activité électrique (ECG), les contractions de l'oreillette, du ventricule et du conotroncus (détectées par photométrie), la production de ROS (mesure de la fluorescence du DCFH) et l'activité kinase de ERK et JNK dans le ventricule ont été déterminées au cours de l'anoxie et de la réoxygénation. Les coeurs ont été traités avec un bloqueur des NO synthases (L-NAME), un donneur de NO (DETA-NONOate), un activateur (diazoxide) ou un inhibiteur (5-HD) des canaux mitoKATP un inhibiteur non-spécifique des PKC (chélérythrine) ou un piégeur de ROS (MPG). Résultats : L'anoxie et la réoxygénation entraînaient des arythmies (essentiellement d'origine auriculaire) semblables à celles observées chez l'adulte, des troubles de la conduction (blocs auriculo-ventriculaires de 1er, 2ème et 3ème degré) et un ralentissement marqué du couplage excitation-contraction (E-C) ventriculaire. En plus de ces arythmies, la réoxygénation déclenchait le phénomène de Wenckelbach, de rares échappements ventriculaires et une sidération myocardique. Aucune fibrillation, conduction rétrograde ou activité ectopique n'ont été observées. Le NO exogène améliorait la récupération postanoxique du couplage E-C ventriculaire alors que L'inhibition des NOS la ralentissait. L'activation des canaux mito KATP augmentait la production mitochondriale de ROS à la réoxygénation et accélérait la récupération de la conduction (intervalle PR) et du couplage E-C ventriculaire. La protection de ce couplage était abolie par le MPG, la chélérythrine ou le L-NAME. Les fonctions électrique et contractile de tous les coeurs récupéraient après 30-40 min de réoxygénation. L'activité de ERK et de JNK n'était pas modifiée par L'anoxie, mais doublait et quadruplait, respectivement, après 30 min de réoxygénation. Seule l'activité de JNK était diminuée (-60%) par l'activation des canaux mitoKATP. Cet effet inhibiteur était partiellement abolit par le 5-HD. Conclusion: Dans le coeur immature, le couplage E-C ventriculaire semble être un paramètre particulièrement sensible aux conditions d'oxygénation. Sa récupération postanoxique est améliorée par l'ouverture des canaux mitoKATP via une signalisation impliquant les ROS Ies PKC et le NO. Une réduction de l'activité de JNK semble également participer à cette protection. Nos résultats suggèrent que les mitochondries jouent un rôle central dans la modulation des voies de signalisation cellulaire, en particulier lorsque les conditions métaboliques deviennent défavorables. Le coeur embryonnaire isolé représente donc un modèle expérimental utile pour mieux comprendre les mécanismes associés à une hypoxie in utero et pour améliorer les stratégies thérapeutiques en cardiologie et chirurgie foetales. ABSTRACT Physiopathology of the anoxic-reoxygenated embryonic heart: Protective role of NO and KATP channel Aim: In the adult heart, the electrical, mechanical, biochemical and structural disturbances induced by ischemia and reperfusion lead to reversible or irreversible damages depending on the severity and duration of ischemia. In spite of recent advances in fetal cardiology and surgery, little is known regarding the cellular mechanisms involved in hypoxia-induced dysfunction in the developing heart. The aim of this study was to precisely characterize the chrono-, dromo- and inotropic disturbances associated with anoxia-reoxygenation in an embryonic heart model. Furthermore, the roles that nitric oxide (NO), reactive oxygen species (ROS), mitochondrial KATP, (mito KATP) channel and MAP Kinases could play in the stressed developing heart have been investigated. Methods: Embryonic chick hearts (4-day-old) were isolated and submitted in vitro to 30 min anoxia followed by 60 min reoxygenation. Electrical (ECG) and contractile activities of atria, ventricle and conotruncus (photometric detection), ROS production (DCFH fluorescence) and ERK and JNK activity were determined in the ventricle throughout anoxia-reoxygenation. Hearts were treated with NO synthase inhibitor (L-NAME), NO donor (DETA-NONOate), mitoKATP channel opener (diazoxide) or blocket (5-HD), PKC inhibitor (chelerythrine) and ROS scavenger (MPG). Results: Anoxia and reoxygenation provoked arrhythxnias (mainly originating from atrial region), troubles of conduction (st, 2nd, and 3rd degree atrio-ventricular blocks) and disturbances of excitation-contraction (E-C) coupling. In addition to these types of arrhythmias, reoxygenation triggered Wenckebach phenomenon and rare ventricular escape beats. No fibrillations, no ventricular ectopic beats and no electromechanical dissociation were observed. Myocardial stunning was observed during the first 30 min of reoxygenation. All hearts fully recovered their electrical and mechanical functions after 30-40 min of reoxygenation. Exogenous NO improved while NOS inhibition delayed E-C coupling recovery. Mito KATP, channel opening increased reoxygenation-induced ROS production and improved E-C coupling and conduction (PR) recovery. MPG, chelerythrine or L-NAME reversed this effect. Reoxygenation increased ERK and JNK activities land 4-fold, respectively, while anoxia had no effect. MitoKATP channel opening abolished the reoxygenation-induced activation of JNK but had no effect on ERK activity. This inhibitory effect was partly reversed by mitoKATP channel blocker but not by MPG. Conclusion: In the developing heart, ventricular E-C coupling was found to be specially sensitive to hypoxia-reoxygenation and its postanoxic recovery was improved by mitoKATP channel activation via a ROS-, PKC- and NO-dependent pathway. JNK inhibition appears to be involved in this protection. Thus, mitochondria can play a pivotal role in the cellular signalling pathways, notably under critical metabolic conditions. The model of isolated embryonic heart appears to be useful to better understand the mechanisms underlying the myocardial dysfunction induced by an in utero hypoxia and to improve therapeutic strategies in fetal cardiology and surgery.