Prolactin is not a juvenile hormone in Xenopus laevis metamorphosis

Prolactin (PRL) is widely considered to be the juvenile hormone of anuran tadpoles and to counteract the effects of thyroid hormone (TH), the hormone that controls amphibian metamorphosis. This putative function was concluded mainly from experiments in which mammalian PRL was injected into tadpoles or added to cultured tadpole tissues. In this study, we show that overexpression of ovine or Xenopus laevis PRL in transgenic X. laevis does not prolong tadpole life, establishing that PRL does not play a role in the life cycle of amphibians that is equivalent to that of juvenile hormone in insect metamorphosis. However, overexpression of PRL produces tailed frogs by reversing specifically some but not all of the programs of tail resorption and stimulating growth of fibroblasts in the tail. Whereas TH induces muscle resorption in tails of these transgenics, the tail fibroblasts continue to proliferate resulting in a fibrotic tail that is resistant to TH.

Analysis of the Xenopus laevis CCAAT-enhancer binding protein α gene promoter demonstrates species-specific differences in the mechanisms for both auto-activation and regulation by Sp1

Transcription factors belonging to the CCAAT-enhancer binding protein (C/EBP) family have been implicated in the regulation of gene expression during differentiation, development and disease. Autoregulation is relatively common in the modulation of C/EBP gene expression and the murine and human C/EBPα genes have been shown to be auto-activated by different mechanisms. In the light of this finding, it is essential that autoregulation of C/EBPα genes from a wider range of different species be investigated in order to gauge the degree of commonality, or otherwise, that may exist. We report here studies that investigate the regulation of the Xenopus laevis C/EBPα gene (xC/EBPα). The –1131/+41 promoter region was capable of directing high levels of expression in both the human hepatoma Hep3B and the Xenopus kidney epithelial A6 cell lines, and was auto-activated by expression vectors specifying for xC/EBPα or xC/EBPβ. Deletion analysis showed that the –321/+41 sequence was sufficient for both the constitutive promoter activity and auto-activation and electrophoretic mobility shift assays identified the interaction of C/EBPs and Sp1 to this region. Although deletion of either the C/EBP or the Sp1 site drastically reduced the xC/EBPα promoter activity, multimers of only the C/EBP site could confer autoregulation to a heterologous SV40 promoter. These results indicate that, in contrast to the human promoter and in common with the murine gene, the xC/EBPα promoter was subject to direct autoregulation. In addition, we demonstrate a novel species-specific action of Sp1 in the regulation of C/EBPα expression, with the factor able to repress the murine promoter but activate the Xenopus gene.

Timing of metamorphosis and the onset of the negative feedback loop between the thyroid gland and the pituitary is controlled by type II iodothyronine deiodinase in Xenopus laevis

Two important features of amphibian metamorphosis are the sequential response of tissues to different concentrations of thyroid hormone (TH) and the development of the negative feedback loop between the pituitary and the thyroid gland that regulates TH synthesis by the thyroid gland. At the climax of metamorphosis in Xenopus laevis (when the TH level is highest), the ratio of the circulating precursor thyroxine (T4) to the active form 3,5,3′-triiodothyronine (T3) in the blood is many times higher than it is in tissues. This difference is because of the conversion of T4 to T3 in target cells of the tadpole catalyzed by the enzyme type II iodothyronine deiodinase (D2) and the local effect (cell autonomy) of this activity. Limb buds and tails express D2 early and late in metamorphosis, respectively, correlating with the time that these organs undergo TH-induced change. T3 is required to complete metamorphosis because the peak concentration of T4 that is reached at metamorphic climax cannot induce the final morphological changes. At the climax of metamorphosis, D2 expression is activated specifically in the anterior pituitary cells that express the genes for thyroid-stimulating hormone but not in the cells that express proopiomelanocortin. Physiological concentrations of T3 but not T4 can suppress thyrotropin subunit β gene expression. The timing and the remarkable specificity of D2 expression in the thyrotrophs of the anterior pituitary coupled with the requirement for locally synthesized T3 strongly support a role for D2 in the onset of the negative feedback loop at the climax of metamorphosis.

X-ray absorption fine structure as a monitor of zinc coordination sites during oogenesis of Xenopus laevis.

The x-ray absorption fine structure (XAFS) zinc K-edge steps for intact stages I,II and V,VI Xenopus laevis oocytes demonstrate that the zinc concentration is about 3 and 1 mM, respectively. However, the chi(k) function for the early stage oocytes differs markedly from that for the late one. Analysis of the XAFS data for stage I,II oocytes indicates that zinc is bound to 2.0 +/- 0.5 sulfur atoms at an average coordination distance of 2.29 +/- 0.02 angstroms and 2.0 +/- 0.5 nitrogen or oxygen (N/O) atoms at 2.02 +/- 0.02 angstroms. In marked contrast, in stage V,VI oocytes, zinc is bound to 4.1 +/- 0.4 N/O atoms at an average distance of 1.98 +/- 0.01 angstroms. Our previous studies demonstrated that 90% of the zinc in stage VI oocytes is sequestered within yolk platelets, associated with a single molecule, lipovitellin, the proteolytically processed product of vitellogenin. XAFS analysis of yolk platelets, lipovitellin, and vitellogenin demonstrates that zinc is bound to 4.0 +/- 0.5 N/O ligands at an average distance of 1.98 +/- 0.01 angstroms in each case, identical to that of stage V,VI oocytes. The higher shell contributions in the Fourier transforms indicate that two of the N/O zinc ligands are His in both stage V,VI and I,II oocytes. The results show that in stage I,II oocytes, there is a high concentration of a zinc protein whose zinc coordination site likely is composed of (His)2(Cys)2, such as, e.g., TFIIIA. As the oocytes develop, the predominant zinc species becomes one that exhibits the (His)2(N/0)2 zinc site found in lipovitellin. Hence, the ligands to the zinc atoms in intact oocytes and the changes that take place as a function of oogenesis and after their fertilization, during embryogenesis, now can be examined and explored.

The thyroid hormone-induced tail resorption program during Xenopus laevis metamorphosis.

Genes that are up- and down-regulated by thyroid hormone in the tail resorption program of Xenopus laevis have been isolated by a gene expression screen, sequenced, and identified in the GenBank data base. The entire program is estimated to consist of fewer than 35 up-regulated and fewer than 10 down-regulated genes; 17 and 4 of them, respectively, have been isolated and characterized. Up-regulated genes whose function can be predicted on the basis of their sequence include four transcription factors (including one of the thyroid hormone receptors), an extracellular matrix component (fibronectin) and membrane receptor (integrin), four proteinases, a deiodinase that degrades thyroid hormone, and a protein that binds the hypothalamic corticotropin-releasing factor, which has been implicated in controlling thyroid hormone synthesis in Xenopus tadpoles. All four down-regulated genes encode extracellular proteins that are expressed in tadpole epidermis. This survey of the program provides insights into the biology of metamorphosis.

A mutation in the epithelial sodium channel causing Liddle disease increases channel activity in the Xenopus laevis oocyte expression system.

We have studied the functional consequences of a mutation in the epithelial Na+ channel that causes a heritable form of salt-sensitive hypertension, Liddle disease. This mutation, identified in the original kindred described by Liddle, introduces a premature stop codon in the channel beta subunit, resulting in a deletion of almost all of the C terminus of the encoded protein. Coexpression of the mutant beta subunit with wild-type alpha and gamma subunits in Xenopus laevis oocytes resulted in an approximately 3-fold increase in the macroscopic amiloride-sensitive Na+ current (INa) compared with the wild-type channel. This change in INa reflected an increase in the overall channel activity characterized by a higher number of active channels in membrane patches. The truncation mutation in the beta subunit of epithelial Na+ channel did not alter the biophysical and pharmacological properties of the channel--including unitary conductance, ion selectivity, or sensitivity to amiloride block. These results provide direct physiological evidence that Liddle disease is related to constitutive channel hyperactivity in the cell membrane. Deletions of the C-terminal end of the beta and gamma subunits of rat epithelial Na+ channel were functionally equivalent in increasing INa, suggesting that the cytoplasmic domain of the gamma subunit might be another molecular target for mutations responsible for salt-sensitive forms of hypertension.

The sciatic nerve of the toad Xenopus laevis as a physiological model of the human cochlear nerve

The response of single fibres of the human cochlear nerve to electrical stimulation by a cochlear implant has previously been inferred from the response of the cochlear nerve in other mammals. These experiments are hindered by stimulus artefact and the range of stimulus currents used is therefore much less than the perceptual dynamic range (from threshold to discomfort) of human subjects. We have investigated use of the sciatic nerve of the toad Xenopus laevis as a convenient physiological model of the human cochlear nerve. Use of this completely dissected nerve reduces the problems of stimulus artefact whilst maintaining the advantages of a physiological preparation. The validity of the model was assessed by measuring the refractory periods, excitation time-constant, and relative spread of single fibres using microelectrode recording. We have also investigated the response of nerve fibres to sinusoidal stimulation. Based on these measurements, we propose that the sciatic nerve may be a suitable model of the human cochlear nerve if the timescales of stimuli are decreased by a factor of about five to compensate for the slower dynamics of the sciatic nerve and if noise is added to the stimuli to compensate for the lower internal noise of sciatic nerve fibres.

Role of Ptf1a in the development of endocrine and exocrine pancreas of Xenopus laevis embryos

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Role of Ptf1a in the development of endocrine and exocrine pancreas of Xenopus laevis embryos

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation du co-transporteur Na+/myo-inositol SMIT2 dans les membranes en bordure en brosse de rein de lapin et d’intestin de rat

Le myo-inositol (MI) est un soluté organique impliqué dans diverses fonctions physiologiques de la cellule dont la signalisation cellulaire. Il est également un osmolyte compatible reconnu. Trois co-transporteurs de type actif secondaire responsables de son absorption ont été identifiés. Deux d’entre eux sont couplés au transport du sodium (SMIT1 et SMIT2) et le troisième est couplé au transport de protons (HMIT). L’objectif de cette étude a été la caractérisation du transport du MI par SMIT2 dans des membranes en bordure en brosse (BBMv) issues du rein de lapin et de l’intestin de rat ainsi qu’après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis. La quantification de l’ARNm de SMIT1 et de SMIT2 dans le rein nous a appris que SMIT1 est majoritairement présent dans la médullaire alors que SMIT2 est principalement localisé dans le cortex. Ces résultats ont été confirmés par immunobuvardage en utilisant un anticorps dirigé contre SMIT2. Grâce à l’inhibition sélective de SMIT1 par le L-Fucose et de SMIT2 par le D-chiro-inositol (DCI), nous avons démontré que SMIT2 semble le seul responsable du transport luminal de MI dans le tubule contourné proximal avec un Km de 57 ± 14 µM. Pour ce qui est de l’intestin, des études de transport de MI radioactif ont démontré une absence de transport de MI chez le lapin alors que l’intestin de rat présente un transport de MI très actif. Une quantification par qRT-PCR nous a permis de constater que l’intestin de lapin ne semble pas posséder les transporteurs de MI nécessaires. Comme pour le rein, SMIT2 semble le seul transporteur de MI présent au niveau du pôle apical des entérocytes intestinaux chez le rat. Il est chargé du prélèvement du MI de l'alimentation avec un Km de 150 ± 40 µM. Les analyses fonctionnelles exécutées sur SMIT2 de rat en électrophysiologie après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis donnent sensiblement les mêmes résultats que pour les BBMv de rein de lapin et d’intestin de rat. Dans les ovocytes, SMIT2 présente une grande affinité pour le MI (270 ± 19 µM) et le DCI (310 ± 60 µM) et aucune affinité pour le L-fucose. Il est ii également très sensible à la phlorizine (16 ± 7 µM). Une seule exception persiste : la constante d’affinité pour le glucose dans les BBMv d’intestin de rat est 40 fois plus petite que celle observée sur les ovocytes de Xenopus laevis. Nous avons également testé la capacité de certains transporteurs de sucre présents à la surface des membranes apicales des entérocytes à prélever le MI. Vu que l'inhibition de ces transporteurs (SGLT1 et GLUT5) ne changeait rien au taux de MI radioactif transporté, nous en avons conclu qu'ils ne sont pas impliqués dans son transport. Finalement, l’efflux de MI à partir du pôle basolatéral des entérocytes n’est pas effectué par GLUT2 puisque ce dernier lorsqu'il est exprimé dans des ovocytes, est incapable de transporter le MI.

Transport d’iode par le transporteur de sodium/acide monocarboxylique SMCT1

Le transporteur de Na+/ acide monocarboxylique sensible à l’ibuprofène (SMCT1) est exprimé dans la membrane apicale de plusieurs épithélia. Son rôle physiologique dans la glande thyroïde reste cependant obscur mais on présume qu’il pourrait agir comme un transporteur apical d’iode nécessaire pour la synthèse des hormones thyroïdiennes. Récemment, on a montré que SMCT1 possède un courant de fuite anionique sensible à [Na+]e qui permettrait de transporter l’iode de façon électrogénique. Cependant, un efflux d’iode sensible à l’ibuprofène, mais indépendant de la [Na+]e a été aussi observé sur des cultures primaires des thyrocytes porcins, suggérant un autre mécanisme de transport d’iode par SMCT1. Ce travail vise à comprendre les caractéristiques de ce genre de transport en utilisant comme modèle d’expression les ovocytes de Xenopus laevis. Les résultats obtenus des essais de captation d’iode radioactif montrent que SMCT1 présente un transport d’iode sensible à l’ibuprofène de l’ordre de 30nmol/ovocyte/h. Si ce transport est non saturable en iode (0-100 mM), il nécessite du Na+ dans la solution externe. En effet, le remplacement du Na+ extracellulaire par le NMDG inhibe complètement le transport. En outre, on s’est intéressé à exclure la possibilité de différents artefacts. En ayant trouvé que la grande majorité de l’iode radioactif se trouve dans la partie soluble de l’ovocyte, on exclut une liaison non spécifique de l’iode à la membrane cellulaire. Cependant, une bonne proportion de l’iode transporté pourrait être liée à des protéines à l’intérieur de l`ovocyte. En effet, on observe une réduction du transport d’iode dans les ovocytes exprimant SMCT1 de 81,6 ± 2 % en présence de 2 % BSA dans la solution extracellulaire. Également, on écarte la possibilité que le transport d’iode soit le résultat de la surexpression de protéines de transport endogènes dont les canaux chlore. Le transport d’iode semble spécifique à l’expression de SMCT1 et de manière intéressante à l’expression d’un autre transporteur de monocarboxylates, MCT1. L’analyse de l’ensemble des essais, y compris le fait que l’amplitude du transport observé est 20 fois plus grande que celle du courant de fuite nous mène à proposer que SMCT1 puisse transporter l’iode de façon électroneutre. Cependant, le mécanisme par lequel ceci est accompli n’est pas évident à identifier. L’utilisation d’un autre modèle cellulaire serait surement utile pour répondre à cette question.

Caractérisation biochimique et fonctionnelle du mutant T179N de l’aquaporine-2 humaine

L’aquaporine-2 (AQP2) est le canal responsable de la réabsorption finale d’eau au niveau du tubule collecteur du rein. À la base, contenue dans des vésicules internes, l’AQP2 est acheminée à la membrane apicale des cellules principales du tubule collecteur suite à une stimulation par l’hormone antidiurétique (ADH). L’incapacité à accomplir cette fonction entraîne le diabète insipide néphrogénique (DIN), une maladie caractérisée par l’inhabileté du rein à concentrer l’urine, entraînant une production de volumes urinaires élevés. Alors que les mutations récessives génèrent des protéines mal structurées et incapables de former des tétramères, les mutations dominantes sont capables de s’associer à leurs homologues sauvages, engendrant ainsi un DIN même chez les patients hétérozygotes. Ce mémoire présente l’analyse biochimique et fonctionnelle d’une nouvelle mutation naturelle de l’AQP2, la mutation T179N, aussi responsable du DIN. Cette dernière est particulièrement intéressante de par son génotype qui implique un caractère dominant, et sa position extracellulaire habituellement réservée aux mutations récessives. Les études comparatives de T179N à deux modèles de mutation récessive et dominante démontrent, tant en ovocytes de Xenopus laevis qu’en lignée cellulaire mpkCCDc14, le caractère récessif de cette nouvelle mutation. Les tests d’immunobuvardage de lysats d’ovocytes en membranes totales et membranes plasmiques purifiées ont révélé que seule la forme sauvage atteint la membrane plasmique alors que le mutant T179N est séquestré dans la cellule. En accord avec ce résultat, les analyses de perméabilité fonctionnelle démontrent aussi une absence d’activité pour T179N. En cellule mpkCCDc14, le mutant T179N exprimé seul n’atteint pas la membrane plasmique suite à l’action de la forskoline, contrairement à la forme sauvage. Cependant, ce mutant peut s’associer à son homologue sauvage en coexpression tant dans les ovocytes qu’en lignée mpkCCDc14 sans toutefois engendrer l’effet typique de dominance négative. En fait, dans ce contexte de coexpression, on remarque une augmentation de la Pf de 83±7 % et une récupération d’adressage à la membrane plasmique en cellule (immunofluorescence). En conclusion, T179N serait un mutant récessif fonctionnellement récupérable lorsqu’en présence de l’AQP2 sauvage.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Transport d'eau généré par le cotransport Na+/glucose : nouvelle interprétation basée sur les effets distincts des flux entrants de cations et de glucose

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Physical Blocking Neural Tube Closure Affects Radial Intercalation and Neural Crest Midline-directed Migration in Xenopus Dorsal Explants

神经管闭合缺陷(NTDs)是一种严重的先天畸形疾病,在新生儿中有千分之一的发病率.神经管融合前后,多种组织参与形态发生运动.神经管一经融合,神经嵴细胞就会向背侧中线方向产生单极突出并向此方向迁移形成神经管的顶部.与此同时,神经管从腹侧开始发生辐射状切入以实现单层化.在此,我们在非洲爪蟾的移植体中机械阻断神经管的闭合以检测其细胞运动及随后的图式形成.结果显示神经管闭合缺陷的移植体不能形成单层化的神经管,并且神经嵴细胞滞留在侧面区域不能向背侧中线迁移,而对神经前体标记基因的检测显示神经管的背腹图式形成并未受到影响.以上结果表明神经管的融合对于辐射状切入和神经嵴细胞向背侧中线方向的迁移过程是必需的,而对于神经管的沿背腹轴方向的图式形成是非必需的.