Nitrergic modulation of vasopressin, oxytocin and atrial natriuretic peptide secretion in response to sodium intake and hypertonic blood volume expansion

The central nervous system plays an important role in the control of renal sodium excretion. We present here a brief review of physiologic regulation of hydromineral balance and discuss recent results from our laboratory that focus on the participation of nitrergic, vasopressinergic, and oxytocinergic systems in the regulation of water and sodium excretion under different salt intake and hypertonic blood volume expansion (BVE) conditions. High sodium intake induced a significant increase in nitric oxide synthase (NOS) activity in the medial basal hypothalamus and neural lobe, while a low sodium diet decreased NOS activity in the neural lobe, suggesting that central NOS is involved in the control of sodium balance. An increase in plasma concentrations in vasopressin (AVP), oxytocin (OT), atrial natriuretic peptide (ANP), and nitrate after hypertonic BVE was also demonstrated. The central inhibition of NOS by L-NAME caused a decrease in plasma AVP and no change in plasma OT or ANP levels after BVE. These data indicate that the increase in AVP release after hypertonic BVE depends on nitric oxide production. In contrast, the pattern of OT secretion was similar to that of ANP secretion, supporting the view that OT is a neuromodulator of ANP secretion during hypertonic BVE. Thus, neurohypophyseal hormones and ANP are secreted under hypertonic BVE in order to correct the changes induced in blood volume and osmolality, and the secretion of AVP in this particular situation depends on NOS activity.

The role of oxytocin in cardiovascular regulation

Studies of body volume expansion have indicated that lesions of the anteroventral third ventricle and median eminence block the release of atrial natriuretic peptide (ANP) into the circulation. Detailed analysis of the lesions showed that activation of oxytocin (OT)-ergic neurons is responsible for ANP release, and it has become clear that activation of neuronal circuitry elicits OT secretion into the circulation, activating atrial OT receptors and ANP release from the heart. Subsequently, we have uncovered the entire functional OT system in the rat and the human heart. An abundance of OT has been observed in the early development of the fetal heart, and the capacity of OT to generate cardiomyocytes (CMs) has been demonstrated in various types of stem cells. OT treatment of mesenchymal stem cells stimulates paracrine factors beneficial for cardioprotection. Cardiovascular actions of OT include: i) lowering blood pressure, ii) negative inotropic and chronotropic effects, iii) parasympathetic neuromodulation, iv) vasodilatation, v) anti-inflammatory activity, vi) antioxidant activity, and vii) metabolic effects. OT actions are mediated by nitric oxide and ANP. The beneficial actions of OT may include the increase in glucose uptake by CMs and stem cells, reduction in CM hypertrophy, oxidative stress, and mitochondrial protection of several cell types. In experimentally induced myocardial infarction in rats, continuous in vivo OT delivery improves cardiac healing and cardiac work, reduces inflammation, and stimulates angiogenesis. Because OT plays anti-inflammatory and cardioprotective roles and improves vascular and metabolic functions, it demonstrates potential for therapeutic use in various pathologic conditions.

Gene expression of estrogen and oxytocin receptors in the uterus of pregnant and parturient bitches

In the canine species, the precise mechanisms of pregnancy maintenance and the initiation of parturition are not completely understood. The expression of genes encoding the receptors for estrogen (ERα mRNA) and oxytocin (OTR mRNA) was studied in the endometrium and myometrium during pregnancy and parturition in dogs. Real-time PCR was performed to quantify the levels of ERα mRNA and OTR mRNA in the uterus of bitches during early (up to 20 days of gestation), mid (20 to 40 days) and late pregnancy (41 to 60 days), and parturition (first stage of labor). All tissues expressed ERα and OTR mRNA, and are thus possibly able to respond to eventual estrogen and oxytocin hormonal stimuli. No statistically significant differences in the expression of ERα mRNA were verified in the endometrium and myometrium throughout pregnancy and parturition, but expression of OTR mRNA increased at both parturition and late pregnancy. We concluded that the increase of endometrial and myometrial OTR mRNA expression in dogs is not an event dependent on estrogenic stimulation. Moreover, the contractility response of the canine uterus to oxytocin begins during pregnancy and maintains myometrial activity. The expression of OTR mRNA in canine uterine tissues varied over time, which supports an interpretation that the sensitivity and response to hormone therapy varies during the course of pregnancy and labor. Further studies are needed to elucidate the factors underlying the synthesis of uterine oxytocin receptors and the possible role of ERβ rather than ERα in the uterine tissues during pregnancy and parturition in dogs.

Modulation of Oxytocin Receptors in Right Ventricular Hypertrophy

L’hypertension pulmonaire (HP) est une maladie dont l’étiologie est inconnue et qui entraîne ultimement une défaillance du ventricule droit (VD) et le décès. L’HP peut être induite chez le rat par la la monocrotaline (MCT), un alcaloïde pyrrolizidique extrait de la plante Crotalaria Spectabilis, causant des lésions à l’endothélium des artères pulmonaires, menant à un épaississement de ces dernières et à une augmentation de la résistance vasculaire. Ceci à pour conséquence de causer une hypertrophie du VD, de l’inflammation, une dysfonction endothéliale NO-dépendante des artères coronariennes et une augmentation des peptides natriurétiques circulants. Objectif: Nous avons testé l’hypothèse selon laquelle l’étiopathologie de l’HP impliquerait le récepteur à ocytocine (OTR) dû à son implication fonctionnelle avec les cytokines inflammatoires et la libération du peptide natriurétique atrial (ANP) et du NO. Méthodes: Des rats mâles Sprague-Dawley pesant 220-250g reçurent une seule injection sous-cutanée de MCT (60 mg/kg). 6 à 7 semaines (46±1 jours) suivant l’injection, les rats furent sacrifiés et l’expression génique et protéique fut déterminée par PCR en temps réel et par western blot, respectivement, dans le VD et le ventricule gauche (VG) Résultats: Les rats traités au MCT démontrèrent une augmentation significative du VD. Une hypertrophie du VD était évidente puisque le ratio du VD sur le VG ainsi que le poids du septum étaient près de 77% plus élevés chez les rats traités au MCT que chez les rats contrôles. Le traitement au MCT augmenta l’expression génique d’ANP (3.7-fois dans le VG et 8-fois dans le VD) ainisi que le NP du cerveau (2.7-fois dans le VG et 10-fois dans le VD). Les transcrits de trois récepteurs de NP augmentèrent significativement (0.3-2 fois) seulement dans le VD. L’expression protéique de la NO synthase (iNOS) fut également augmentée de façon sélective dans le VD. Par contre, les transcripts de NOS endothéliale et de NOS neuronale étaient plus élevés (0.5-2 fold) dans le VG. L’ARNm et l’expression protéique d’OTR furent diminués de 50% dans le VD, tandis qu’une augmentation de l’expression des cytokines IL-1β and IL-6 fut observée. L’ARNm de Nab1, un marqueur d’hypertrophie pathologique, fut augmentée de deux-fois dans le VD. Conclusion: L’augmentation d’expression génique de NP dans le VD des rats traités au MCT est associée à une augmentation des transcripts du récepteur NP, suggérant une action locale de NP dans le VD durant l’HP. L’expression d’OTR est atténuée dans le VD, possiblement par des cytokines inflammatoires puisque le promoteur du gène de l’OTR contient de multiples éléments de réponse aux interleukines. Diminuer l’expression d’OTR dans le VD durant l’hypertension pulmonaire pourrait influencer de manière positive la fonction cardiaque car l’OTR régule la contractilité et le rythme cardiaque. Mots clés: hypertension pulmonaire, hypertrophie du ventricule droit monocrotaline, récepteur à ocytocine, inflammation, peptides natriurétiques.

Evaluation of oxytocin pharmacokinetic : pharmacodynamic profile and establishment of its cardiomyogenic potential in swine

La thérapie cellulaire est une avenue pleine de promesses pour la régénération myocardique, par le remplacement du tissu nécrosé, ou en prévenant l'apoptose du myocarde survivant, ou encore par l'amélioration de la néovascularisation. Les cellules souches de la moelle osseuse (CSMO) expriment des marqueurs cardiaques in vitro quand elles sont exposées à des inducteurs. Pour cette raison, elles ont été utilisées dans la thérapie cellulaire de l'infarctus au myocarde dans des études pre-cliniques et cliniques. Récemment, il a été soulevé de possibles effets bénéfiques de l'ocytocine (OT) lors d’infarctus. Ainsi, l’OT est un inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches embryonnaires, et cette différenciation est véhiculée par la voie de signalisation du monoxyde d’azote (NO)-guanylyl cyclase soluble. Toutefois, des données pharmacocinétiques de l’OT lui attribue un profil non linéaire et celui-ci pourrait expliquer les effets pharmacodynamiques controversés, rapportés dans la lttérature. Les objectifs de ce programme doctoral étaient les suivants : 1) Caractériser le profil pharmacocinétique de différents schémas posologiques d'OT chez le porc, en développant une modélisation pharmacocinétique / pharmacodynamique plus adaptée à intégrer les effets biologiques (rénaux, cardiovasculaires) observés. 2) Isoler, différencier et trouver le temps optimal d’induction de la différenciation pour les CSMO porcines (CSMOp), sur la base de l'expression des facteurs de transcription et des protéines structurales cardiaques retrouvées aux différents passages. 3) Induire et quantifier la différenciation cardiaque par l’OT sur les CSMOp. 4) Vérifier le rôle du NO dans cette différenciation cardiaque sur les CSMOp. Nous avons constaté que le profil pharmacocinétique de l’OT est mieux expliqué par le modèle connu comme target-mediated drug disposition (TMDD), parce que la durée du séjour de l’OT dans l’organisme dépend de sa capacité de liaison à son récepteur, ainsi que de son élimination (métabolisme). D'ailleurs, nous avons constaté que la différenciation cardiomyogénique des CSMOp médiée par l’OT devrait être induite pendant les premiers passages, parce que le nombre de passages modifie le profile phénotypique des CSMOp, ainsi que leur potentiel de différenciation. Nous avons observé que l’OT est un inducteur de la différenciation cardiomyogénique des CSMOp, parce que les cellules induites par l’OT expriment des marqueurs cardiaques, et l'expression de protéines cardiaques spécifiques a été plus abondante dans les cellules traitées à l’OT en comparaison aux cellules traitées avec la 5-azacytidine, qui a été largement utilisée comme inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches adultes. Aussi, l’OT a causé la prolifération des CMSOp. Finalement, nous avons observé que l'inhibition de la voie de signalisation du NO affecte de manière significative l'expression des protéines cardiaques spécifiques. En conclusion, ces études précisent un potentiel certain de l’OT dans le cadre de la thérapie cellulaire cardiomyogénique à base de cellules souches adultes, mais soulignent que son utilisation requerra de la prudence et un approfondissement des connaissances.

Protective signaling of oxytocin in an in vitro model of myocardial ischemia - reperfusion

Introduction : La prévention de la mort de cellules cardiaques contractiles suite à un épisode d'infarctus du myocarde représente le plus grand défi dans la récupération de la fonction cardiaque. On a démontré à maintes reprises que l'ocytocine (OT), l'hormone bien connue pour ses rôles dans le comportement social et reproductif et couramment utilisée dans l’induction de l’accouchement, diminue la taille de l'infarctus et améliore la récupération fonctionnelle du myocarde blessé. Les mécanismes de cette protection ne sont pas totalement compris. Objectif : Étudier les effets d'un traitement avec de l'ocytocine sur des cardiomyocytes isolés en utilisant un modèle in vitro qui simule les conditions d'un infarctus du myocarde. Méthodes : La lignée cellulaire myoblastique H9c2 a été utilisée comme modèle de cardiomyocyte. Pour simuler le dommage d'ischémie-reperfusion (IR), les cellules ont été placées dans un tampon ischémique et incubées dans une chambre anoxique pendant 2 heures. La reperfusion a été accomplie par la restauration du milieu de culture régulier dans des conditions normales d'oxygène. L'OT a été administrée en présence ou en absence d'inhibiteurs de kinases connues pour être impliquées dans la cardioprotection. La mortalité cellulaire a été évaluée par TUNEL et l'activité mitochondriale par la production de formazan pendant 1 à 4 heures de reperfusion. La microscopie confocale a servie pour localiser les structures cellulaires. Résultats : Le modèle expérimental de l'IR dans les cellules H9c2 a été caractérisé par une diminution dans la production de formazan (aux alentours de 50 à 70 % du groupe témoin, p < 0.001) et par l'augmentation du nombre de noyaux TUNEL-positif (11.7 ± 4.5% contre 1.3 ± 0.7% pour le contrôle). L'addition de l'OT (10-7 a 10-9 M) au commencement de la reperfusion a inversé les effets de l'IR jusqu'aux niveaux du contrôle (p < 0.001). L'effet protecteur de l'OT a été abrogé par : i) un antagoniste de l'OT ; ii) le knockdown de l'expression du récepteur à l'OT induit par le siRNA ; iii) la wortmannin, l'inhibiteur de phosphatidylinositol 3-kinases ; iv) KT5823, l'inhibiteur de la protéine kinase dépendante du cGMP (PKG); v) l'ODQ, un inhibiteur du guanylate cyclase (GC) soluble, et A71915, un antagoniste du GC membranaire. L'analyse confocale des cellules traitées avec OT a révélé la translocation du récepteur à l'OT et la forme phosphorylée de l'Akt (Thr 308, p-Akt) dans le noyau et dans les mitochondries. Conclusions : L'OT protège directement la viabilité des cardiomyocytes, lorsqu'elle est administrée au début de la reperfusion, par le déclenchement de la signalisation du PI3K, la phosphorylation de l'Akt et son trafic cellulaire. La cytoprotection médiée par l'OT implique la production de cGMP par les deux formes de GC.

Genetic variation in the oxytocin receptor (OXTR) gene is associated with Asperger Syndrome

Background Autism Spectrum Conditions (ASC) are a group of neurodevelopmental conditions characterized by impairments in communication and social interaction, alongside unusually repetitive behaviors and narrow interests. ASC are highly heritable and have complex patterns of inheritance where multiple genes are involved, alongside environmental and epigenetic factors. Asperger Syndrome (AS) is a subgroup of these conditions, where there is no history of language or cognitive delay. Animal models suggest a role for oxytocin (OXT) and oxytocin receptor (OXTR) genes in social-emotional behaviors, and several studies indicate that the oxytocin/oxytocin receptor system is altered in individuals with ASC. Previous studies have reported associations between genetic variations in the OXTR gene and ASC. Methods The present study tested for an association between nine single nucleotide polymorphisms (SNPs) in the OXTR gene and AS in 530 individuals of Caucasian origin, using SNP association test and haplotype analysis. Results There was a significant association between rs2268493 in OXTR and AS. Multiple haplotypes that include this SNP (rs2268493-rs2254298, rs2268490-rs2268493-rs2254298, rs2268493-rs2254298-rs53576, rs237885-rs2268490-rs2268493-rs2254298, rs2268490-rs2268493-rs2254298-rs53576) were also associated with AS. rs2268493 has been previously associated with ASC and putatively alters several transcription factor-binding sites and regulates chromatin states, either directly or through other variants in linkage disequilibrium (LD). Conclusions This study reports a significant association of the sequence variant rs2268493 in the OXTR gene and associated haplotypes with AS.

Oxytocin increases eye contact during a real-time, naturalistic social interaction in males with and without autism

Autism spectrum conditions (autism) affect ~1% of the population and are characterized by deficits in social communication. Oxytocin has been widely reported to affect social-communicative function and its neural underpinnings. Here we report the first evidence that intranasal oxytocin administration improves a core problem that individuals with autism have in using eye contact appropriately in real-world social settings. A randomized double-blind, placebo-controlled, within-subjects design is used to examine how intranasal administration of 24 IU of oxytocin affects gaze behavior for 32 adult males with autism and 34 controls in a real-time interaction with a researcher. This interactive paradigm bypasses many of the limitations encountered with conventional static or computer-based stimuli. Eye movements are recorded using eye tracking, providing an objective measurement of looking patterns. The measure is shown to be sensitive to the reduced eye contact commonly reported in autism, with the autism group spending less time looking to the eye region of the face than controls. Oxytocin administration selectively enhanced gaze to the eyes in both the autism and control groups (transformed mean eye-fixation difference per second=0.082; 95% CI:0.025–0.14, P=0.006). Within the autism group, oxytocin has the most effect on fixation duration in individuals with impaired levels of eye contact at baseline (Cohen’s d=0.86). These findings demonstrate that the potential benefits of oxytocin in autism extend to a real-time interaction, providing evidence of a therapeutic effect in a key aspect of social communication.

Differential interaction of estrogen receptor and thyroid hormone receptor isoforms on the rat oxytocin receptor promoter leads to differences in transcriptional regulation

Both the estrogen receptor (ER) and thyroid hormone receptor (TR) are members of the nuclear receptor superfamily. Two isoforms of the ER, alpha and beta, exist. The TRalpha and beta isoforms are products of two distinct genes that are further differentially spliced to give TRalpha1 and alpha2, TRbeta1 and beta2. The TRs have been shown to interfere with ER-mediated transcription from both the consensus estrogen response element (ERE) and the rat preproenkephalin (PPE) promoter, possibly by competing with ER binding to the ERE or by squelching coactivators essential for ER-mediated transcription. The rat oxytocin receptor (OTR) gene is thought to be involved in several facets of reproductive and affiliative behaviors. 17beta-Estradiol-bound ERs upregulate the OTR gene in the ventromedial hypothalamus, a region critical for the induction of lordosis behavior in several species. We investigated the effects of the ligand-binding TR isoforms on the ER-mediated transcription from a physiological promoter of a behaviorally relevant gene such as the OTR. Only ERalpha could induce the OTR gene in two cell lines tested, the CV-1 and the SK-N-BE2C neuroblastoma cell lines. ERbeta was incapable of inducing the gene in either cell line. ERalpha is therefore not equivalent to ERbeta on this physiological promoter. Indeed, in the neural cell line, ERbeta can inhibit ERalpha-mediated induction from the OTR promoter. While the TRalpha1 isoform inhibited ERalpha-mediated induction in the neural cell line, the TRbeta1 isoform stimulated induction, thus demonstrating isoform specificity in the interaction. The use of a DNA-binding mutant, the TR P box mutant, showed that inhibition of ERalpha-mediated induction of the rat OTR gene promoter by the TRalpha1 isoform does not require DNA-binding ability. SRC-1 overexpression relieved TRalpha1-mediated inhibition in both cell lines, suggesting that squelching for coactivators is an important molecular mechanism in TRalpha-mediated inhibition. Such interactions between TR and ER isoforms on the rat OTR promoter provide a mechanism to achieve neuroendocrine integration.

Serum oxytocin concentrations in elective caesarean delivery: a randomized comparison of three infusion regimens

Background: The aim of this study was to determine serum oxytocin concentrations following different regimens of prophylactic oxytocin administration in women undergoing elective caesarean delivery. Methods: Thirty healthy pregnant patients were randomized, after clamping of the umbilical cord, to receive intravenous oxytocin in one of the following groups: G1 (n = 9), 10 IU of oxytocin infused over 30 min (0.33 IU/min); G2 (n = 11), 10 IU of oxytocin infused over 3 min and 45 s (2.67 IU/min); and G3 (n = 10), 80 IU of oxytocin infused over 30 min (2.67 IU/min). Both patient and surgeon were blinded to allocation. Uterine tone was assessed by surgical palpation. Serum oxytocin concentration was determined by enzyme immunoassay before anaesthesia (T0) and at 5 (T5), 30 (T30) and 60 (T60) min after the start of oxytocin infusion. Results: Serum oxytocin concentrations (mean standard error, ng/mL) were not significantly different in the groups at T0 (0.06 +/- 0.02, 0.04 +/- 0.02 and 0.07 +/- 0.04, respectively, P = 0.76), and T60 (0.65 +/- 0.26, 0.36 +/- 0.26 and 0.69 +/- 0.26, respectively, P = 0.58). G3 showed higher concentrations than G1 at 15 (3.65 +/- 0.74 versus 0.71 +/- 0.27, P = 0.01) and at T30 (6.19 +/- 1.19 versus 1.17 +/- 0.37, P < 0.01), and were higher than G2 at T30 (6.19 +/- 1.19 versus 0.41 +/- 0.2, P < 0.01). Haemodynamic data and uterine tone were considered satisfactory and similar in all groups. No additional uterotonic agents were needed. Conclusion: Serum oxytocin measurements made using enzyme immunoassay in healthy pregnant women undergoing elective caesarean delivery showed that administration of 80 IU oxytocin over 30 min resulted in higher serum oxytocin levels after 5 and 30 min than the two other regimens. The concentrations did not differ between groups at 60 min. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Oxytocin promotes bone formation during the alveolar healing process in old acyclic female rats

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Idazoxan and the effect of intracerebroventricular oxytocin or vasopressin on sodium intake of sodium-depleted rats

The alpha(2)-adrenergic agonist clonidine and the neuropeptide oxytocin, inhibit sodium intake when injected intracerebroventricularly (i.c.v.). The present work investigates whether (1) vasopressin also inhibits sodium intake when injected i.c.v., and (2) the effect of oxytocin and of vasopressin on sodium intake is affected by i.c.v. injection of idazoxan, an alpha(2)-adrenergic antagonist. Clonidine (30 nmol), oxytocin (40, 80 nmol) and vasopressin (40, 80 nmol) were injected i.c.v. 20 min prior to a 1.5% NaCl appetite test, in rats depleted of sodium for 24 h by a combination of a single s.c. injection of furosemide (10 mg/rat) and removal of ambient sodium. Every dose of clonidine, oxytocin and vasopressin inhibited the 1.5% NaCl intake. Seizures were observed with the higher dose of vasopressin, but not with either dose of oxytocin. The effect of i.c.v. injection of clonidine (30 nmol), oxytocin (80 nmol) or vasopressin (40 nmol) was partially inhibited by prior i.c.v. injection of idazoxan (160, 320 nmol). The results suggest that the inhibition of 1.5% NaCl intake induced by i.c.v. injection of neuropeptides in sodium-depleted rats depends, in part, on the activation of central alpha(2)-adrenoceptors. (C) 1997 Elsevier B.V. B.V. All rights reserved.

Effect of oxytocin on transepithelial transport of water and Na+ in distinct ventral regions of frog skin (Rana catesbeiana)

Thoracic, abdominal, and pelvic fragments of ventral skin of Rana catesbeiana were analysed regarding the effect of oxytocin on: (1) transepithelial water transport; (2) short-circuit current, (3) skin conductance and electrical potential difference; (4) Na+ conductance, the electromotive force of the Nat transport mechanism, and shunt conductance; (5) short-circuit current responses to fast Na+ by K+ replacement in the outer compartment, and (6) epithelial microstructure. Unstimulated water and Na+ permeabilities were low along the ventral skin. Hydrosmotic and natriferic responses to oxytocin increased from thorax to pelvis, Unstimulated Na+ conductance was greater in pelvis than in abdomen, the other electrical parameters being essentially similar in both skin fragments. Contribution of shunt conductance to total skin conductance was higher in abdominal than in pelvic skin. Oxytocin-induced increases of total skin conductance, Na+ conductance, and shunt conductance in pelvis were significantly larger than in abdomen, An oscillatory behaviour of the short-circuit current was observed only in oxytocin-treated pelvic skins. Decrease of epithelial thickness and increase of mitochondria-rich cell number were observed from thorax to pelvis, Oxytocin-induced increases of interspaces were more conspicuous in pelvis and abdomen than in thorax.