INFLUENCE OF NOX4 NADPH OXIDASE ON GENERATION AND ANGIOGENIC FUNCTION OF INDUCED PLURIPOTENT STEM CELL-DERIVED ENDOTHELIAL CELLS

Human induced pluripotent stem (iPS) cell-derived endothelial cells (ECs) hold clear potential for therapeutic angiogenesis as a novel strategy for ischaemic disease. Recently, we have developed a novel method for direct reprogramming of partial iPS (PiPS) cells, which unlike iPS cells, are generated before pluripotency so do not form tumours, and may be differentiated into ECs with characteristic morphology and pro-angiogenic actions. Our previous work showed that PiPS-derived ECs are capable of forming vascular-like tubes both in vitro and in vivo and promoting re-endothelialisation of ischemic tissue, with greater effectiveness versus mature ECs.

Interestingly, our preliminary data demonstrate that Nox NADPH oxidases, which are reported to influence stem cell function, are progressively induced during PiPs/PiPS-EC differentiation and in response to hypoxia, with Nox4 demonstrating highest expression. As this isoform is an established regulator of angiogenesis, we hypothesize that Nox4 plays a key role in modulating PiPS-EC generation and angiogenic function.

The aim of this project is therefore to investigate: (1) the specific role of Nox4 in direct reprogramming of PiPS cells and differentiation to PiPS-ECs; (2) whether genetic manipulation of Nox4 influences in vitro function of PiPs-ECs and their ability to promote in vivo angiogenesis. This will be achieved by employing established in vitro functional assays and an experimental model of hindlimb ischaemia with assessment of relevant end-points. Identification of a key role for Nox4 in regulating PiPS-EC generation/function may inform selective targeting of this isoform to enhance the efficiency of PiPS-EC differentiation and their capacity to treat ischemic disease.

Insulin resistance, hyperlipidemia, and hypertension in mice lacking endothelial nitric oxide synthase.

BACKGROUND: Insulin resistance and arterial hypertension are related, but the underlying mechanism is unknown. Endothelial nitric oxide synthase (eNOS) is expressed in skeletal muscle, where it may govern metabolic processes, and in the vascular endothelium, where it regulates arterial pressure. METHODS AND RESULTS: To study the role of eNOS in the control of the metabolic action of insulin, we assessed insulin sensitivity in conscious mice with disruption of the gene encoding for eNOS. eNOS(-/-) mice were hypertensive and had fasting hyperinsulinemia, hyperlipidemia, and a 40% lower insulin-stimulated glucose uptake than control mice. Insulin resistance in eNOS(-/-) mice was related specifically to impaired NO synthesis, because in equally hypertensive 1-kidney/1-clip mice (a model of renovascular hypertension), insulin-stimulated glucose uptake was normal. CONCLUSIONS: These results indicate that eNOS is important for the control not only of arterial pressure but also of glucose and lipid homeostasis. A single gene defect, eNOS deficiency, may represent the link between metabolic and cardiovascular disease.

Skeletal muscle fibre-type comparison of whole tissue and subcellular membrane phospholipids and fatty acids

Membranes are dynamic structures that affect cell structure and function. Compositional changes ofmembranes have been shown with the application of a perturbation; however these are limited to whole tissue analysis. The purpose of this thesis was to compare the phospholipid (PL) fatty acid (FA) composition of rat whole muscle (Wm) to 1) purified and non-purified subsarcolemmal (SS) mitochondria in soleus, plantaris, and red gastrocnemius, and 2) sarcolemma, transverse-tubules, SS and intermyofibrillar (IMF) mitochondria fix)m whole hindlimb. The major findings were that 1) contamination significantly altered the PL FA composition of the SS mitochondrial membrane fraction, 2) Wm and SS mitochondria compositions differed between muscle types, and 3) Wm did not accurately reflect the PL FA composition of any isolated subcellular membranes, with each being unique from each other. As such, the relevancy of the trends reported in the literature of the effects of perturbations on Wm may be limited.

Force potentiation as a modulator of contractile performance: Implications for control of skeletal muscle force and energetics of work

This thesis investigated the modulation of dynamic contractile function and energetics of work by posttetanic potentiation (PTP). Mechanical experiments were conducted in vitro using software-controlled protocols to stimulate/determine contractile function during ramp shortening, and muscles were frozen during parallel incubations for biochemical analysis. The central feature of this research was the comparison of fast hindlimb muscles from wildtype and skeletal myosin light chain kinase knockout (skMLCK-/-) mice that does not express the primary mechanism for PTP: myosin regulatory light chain (RLC) phosphorylation. In contrast to smooth/cardiac muscles where RLC phosphorylation is indispensable, its precise physiological role in skeletal muscle is unclear. It was initially determined that tetanic potentiation was shortening speed dependent, and this sensitivity of the PTP mechanism to muscle shortening extended the stimulation frequency domain over which PTP was manifest. Thus, the physiological utility of RLC phosphorylation to augment contractile function in vivo may be more extensive than previously considered. Subsequent experiments studied the contraction-type dependence for PTP and demonstrated that the enhancement of contractile function was dependent on force level. Surprisingly, in the absence of RLC phosphorylation, skMLCK-/- muscles exhibited significant concentric PTP; consequently, up to ~50% of the dynamic PTP response in wildtype muscle may be attributed to an alternate mechanism. When the interaction of PTP and the catchlike property (CLP) was examined, we determined that unlike the acute augmentation of peak force by the CLP, RLC phosphorylation produced a longer-lasting enhancement of force and work in the potentiated state. Nevertheless, despite the apparent interference between these mechanisms, both offer physiological utility and may be complementary in achieving optimal contractile function in vivo. Finally, when the energetic implications of PTP were explored, we determined that during a brief period of repetitive concentric activation, total work performed was ~60% greater in wildtype vs. skMLCK-/- muscles but there was no genotype difference in High-Energy Phosphate Consumption or Economy (i.e. HEPC: work). In summary, this thesis provides novel insight into the modulatory effects of PTP and RLC phosphorylation, and through the observation of alternative mechanisms for PTP we further develop our understanding of the history-dependence of fast skeletal muscle function.

Les facteurs à homéodomaine Pitx et Irx au cours du développement des membres postérieurs

Les facteurs de transcription Pitx ont été impliqués dans la croissance et la détermination de l’identité des membres postérieurs. D’abord, l’inactivation de Pitx1 chez la souris résulte en la transformation partielle des membres postérieurs en membres antérieurs. Ensuite, la double mutation de Pitx1 et de Pitx2 a montré l’activité redondante de ces facteurs pour la croissance des membres postérieurs. Ainsi, les souris mutantes Pitx1-/-;Pitx2néo/néo montrent une perte des éléments squelettiques proximaux et antérieurs. Des travaux récents ont impliqué les gènes de la famille des Iroquois dans le développement des membres. Tout particulièrement, les souris Irx3-/-;Irx5-/- montrent la perte des éléments squelettiques proximaux et antérieurs, exclusivement au niveau des membres postérieurs. Cette phénocopie entre les souris mutantes pour Pitx1/2 et Irx3/5 nous a amenés à poser trois hypothèses : (1) les Pitx sont responsables de l’expression de Irx dans les bourgeons postérieurs ; (2) à l’inverse, les Irx dirigent l’expression des Pitx ; (3) les Pitx et les Irx participent ensemble au programme génétique de croissance des bourgeons postérieurs. Nous avons pu conclure que les Pitx et les Irx font partie de cascades de régulation indépendantes l’une de l’autre et qu’ils sont capables d’interaction transcriptionnelle autant sur un promoteur générique que sur des régions conservées du locus de Tbx4. Enfin, autant l’inactivation Pitx que celle des Irx mène à un retard d’expression de Pax9 exclusivement dans les bourgeons postérieurs. Ainsi, les Pitx et les Irx semblent agir sur des programmes génétiques parallèles impliqués dans la croissance et le patterning des membres postérieurs.

Contribution du cortex pariétal postérieur au contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat

La vision fournit des informations essentielles sur la surface de marche, ainsi que sur la taille, la forme et la position d’obstacles potentiels dans notre environnement. Dans le cas d’un prédateur, la vision fournit également des informations sur la vitesse d’une proie potentielle. Les mécanismes neuronaux impliqués dans l’exécution des modifications de la marche sous guidage visuel sont relativement bien connus, mais ceux impliqués dans la planification de ces modifications de la marche sont peu étudiés. Le cortex pariétal postérieur (CPP) semble être un candidat approprié si l’on considère les propriétés du CPP lors des mouvements d’atteinte vers une cible. Le but des présents travaux est de déterminer la contribution du CPP au contrôle de la locomotion sous guidage visuel. La première étude présentée dans cette thèse a pour hypothèse que le CPP du chat est impliqué dans la planification du placement précis du pied lors des modifications volontaires de la marche. Nous avons entraîné les animaux à enjamber des obstacles en mouvement attachés à la ceinture d’un tapis roulant. Afin d’augmenter la nécessité d’intégrer les informations visuelles et proprioceptives, nous avons dissocié la vitesse des obstacles de celle du tapis roulant. Nous avons observé que plus la vision devient critique pour la tâche, plus les déficits sont importants. Notre analyse démontre que ceux-ci résultent d’un placement inapproprié du pied dans le cycle de marche précédant l’enjambement de l’obstacle. Ceci suggère que le CPP est impliqué dans la planification du placement précis du pied pendant la locomotion sous guidage visuel. La vision directe est disponible lors de la modification de l’activité des membres antérieurs, mais n’est plus disponible lorsque l’obstacle passe sous le corps. Par conséquent, la modification de l’activité des membres postérieurs doit être basée sur l’information gardée en mémoire et coordonnée avec celle des membres antérieurs. Notre deuxième étude a pour but de caractériser les mécanismes neuronaux responsables de cette coordination. Nous avons proposé que le CPP soit impliqué dans la coordination des membres antérieurs et postérieurs lors de l’enjambement d’obstacles. Pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré l’activité de neurones de l’aire 5 pendant la même tâche. Nous avons découvert deux populations: une qui décharge lors du passage de l’obstacle entre les membres antérieurs et postérieurs et une autre qui décharge lors du passage de l’obstacle par les membres postérieurs. Dans la tâche de dissociation visuelle, la décharge est modifiée en fonction du temps de passage de l’obstacle sous le corps et reflète la modification du couplage entre les membres lors du changement dans la stratégie d’enjambement. De plus, ces mêmes neurones maintiennent une décharge soutenue lorsqu’un obstacle fixe se trouve entre les membres antérieurs et postérieurs ou les deux membres postérieurs (limite testée : 1-2min). Ces neurones pourraient être responsables de l’emmagasinage à plus long terme des caractéristiques d’un obstacle pour le guidage des mouvements des membres postérieurs. Nos résultats suggèrent que le CPP est impliqué dans l’intégration des informations visuelles et proprioceptives pour la planification du placement précis du pied devant un obstacle. Le patron de décharge de nos populations neuronales suggère qu’il encode également l’information temporelle et spatiale concernant la vitesse et la position de l’obstacle afin de coordonner l’activité des quatre membres pendant la tâche. Finalement, nous proposons qu’une des fonctions du CPP soit d’estimer la position des membres par rapport à l’obstacle en mouvement.

Régulation de l’identité des membres postérieurs par le facteur de transcription à boîte T Tbx4

Bien que partageant une homologie structurelle évidente, les membres antérieurs (MA) sont toujours différents des membres postérieurs (MP). Ceci suggère l’existence d’un programme générique de formation d’un membre, un bauplan, qui doit être modulé de façon spécifique pour engendrer cette différence antéro-postérieure de l’identité. Nous avons donc voulu identifier les mécanismes déployés durant l’évolution pour permettre la mise en place de l’identité des membres. Le laboratoire avait précédemment caractérisé, chez les souris où le gène Pitx1 est inactivé, une transformation partielle des MP en MA couplée à une perte de croissance. Nous avons donc cherché à comprendre les mécanismes en aval de Pitx1 dans la détermination de l’identité postérieure. Notre démarche nous a permis d’identifier les gènes affectés par la perte de Pitx1 dans les MP, où nous avons confirmé une dérégulation de l’expression de Tbx4. Tbx4 et Tbx5 sont des candidats évidents pour déterminer l’identité, leur expression étant restreinte aux MP et MA, respectivement, mais leur implication dans ce processus était sujette à controverse. Nous avons donc évalué l’apport de Tbx4 en aval de Pitx1 dans les processus d’identité en restaurant son expression dans les MP des souris Pitx1-/-. Ce faisant, nous avons pu montrer que Tbx4 est capable de pallier la perte de Pitx1 dans le MP, en rétablissant à la fois les caractères d’identité postérieure et la croissance. En parallèle, nous avons montré que Tbx5 était capable de rétablir la croissance mais non l’identité des MP Pitx1-/-, démontrant ainsi de façon définitive une propriété propre à Tbx4 dans la détermination de l’identité des membres postérieure. La caractérisation de l’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 nous a permis de mettre en évidence un domaine activateur conservé mais aussi un domaine spécifique à Tbx4, répresseur de la transcription. Par ailleurs, une mutation faux-sens de TBX4 dans les patients atteints du syndrome coxo-podo-patellaire, TBX4Q531R, inactive le domaine répresseur, empêchant la compensation de l’identité mais non de la croissance des MP dépourvus de Pitx1, démontrant l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. La caractérisation de l’activité répressive de Tbx4, qui se manifeste seulement dans les membres postérieurs démontre l’importance de cette fonction dans l’identité postérieure. Nous avons aussi été en mesure d’identifier un corépresseur qui est suffisant pour supporter cette activité de Tbx4. Enfin, nous avons pu aussi démontrer l’activité transcriptionnelle d’un représentant du gène ancestral, présent chez Amphioxus, qui se comporte strictement comme un activateur et semble dépourvu du domaine répresseur. En somme, nous avons précisé le rôle de Tbx4 et Tbx5, ainsi que leur mécanisme, dans la détermination de l’identité des membres. Globalement, nos travaux permettent d’élaborer une théorie où une divergence d’activité transcriptionnelle de Tbx4 et Tbx5 est responsable de l’identité des membres et même entrevoir que cette divergence d’activité soit à la base de son apparition durant l’évolution.

Rôle du cortex pariétal postérieur dans le processus d'intégration visuomotrice - connexions anatomiques avec le cortex moteur et activité cellulaire lors de la locomotion chez le chat

La progression d’un individu au travers d’un environnement diversifié dépend des informations visuelles qui lui permettent d’évaluer la taille, la forme ou même la distance et le temps de contact avec les obstacles dans son chemin. Il peut ainsi planifier en avance les modifications nécessaires de son patron locomoteur afin d’éviter ou enjamber ces entraves. Ce concept est aussi applicable lorsque le sujet doit atteindre une cible, comme un prédateur tentant d’attraper sa proie en pleine course. Les structures neurales impliquées dans la genèse des modifications volontaires de mouvements locomoteurs ont été largement étudiées, mais relativement peu d’information est présentement disponible sur les processus intégrant l’information visuelle afin de planifier ces mouvements. De nombreux travaux chez le primate suggèrent que le cortex pariétal postérieur (CPP) semble jouer un rôle important dans la préparation et l’exécution de mouvements d’atteinte visuellement guidés. Dans cette thèse, nous avons investigué la proposition que le CPP participe similairement dans la planification et le contrôle de la locomotion sous guidage visuel chez le chat. Dans notre première étude, nous avons examiné l’étendue des connexions cortico-corticales entre le CPP et les aires motrices plus frontales, particulièrement le cortex moteur, à l’aide d’injections de traceurs fluorescents rétrogrades. Nous avons cartographié la surface du cortex moteur de chats anesthésiés afin d’identifier les représentations somatotopiques distales et proximales du membre antérieur dans la partie rostrale du cortex moteur, la représentation du membre antérieur située dans la partie caudale de l’aire motrice, et enfin la représentation du membre postérieur. L’injection de différents traceurs rétrogrades dans deux régions motrices sélectionnées par chat nous a permis de visualiser la densité des projections divergentes et convergentes pariétales, dirigées vers ces sites moteurs. Notre analyse a révélé une organisation topographique distincte de connexions du CPP avec toutes les régions motrices identifiées. En particulier, nous avons noté que la représentation caudale du membre antérieur reçoit majoritairement des projections du côté rostral du sillon pariétal, tandis que la partie caudale du CPP projette fortement vers la représentation rostrale du membre antérieur. Cette dernière observation est particulièrement intéressante, parce que le côté caudal du sillon pariétal reçoit de nombreux inputs visuels et sa cible principale, la région motrice rostrale, est bien connue pour être impliquée dans les fonctions motrices volontaires. Ainsi, cette étude anatomique suggère que le CPP, au travers de connexions étendues avec les différentes régions somatotopiques du cortex moteur, pourrait participer à l’élaboration d’un substrat neural idéal pour des processus tels que la coordination inter-membre, intra-membre et aussi la modulation de mouvements volontaires sous guidage visuel. Notre deuxième étude a testé l’hypothèse que le CPP participe dans la modulation et la planification de la locomotion visuellement guidée chez le chat. En nous référant à la cartographie corticale obtenue dans nos travaux anatomiques, nous avons enregistré l’activité de neurones pariétaux, situés dans les portions des aires 5a et 5b qui ont de fortes connexions avec les régions motrices impliquées dans les mouvements de la patte antérieure. Ces enregistrements ont été effectués pendant une tâche de locomotion qui requiert l’enjambement d’obstacles de différentes tailles. En dissociant la vitesse des obstacles de celle du tapis sur lequel le chat marche, notre protocole expérimental nous a aussi permit de mettre plus d’emphase sur l’importance de l’information visuelle et de la séparer de l’influx proprioceptif généré pendant la locomotion. Nos enregistrements ont révélé deux groupes de cellules pariétales activées en relation avec l’enjambement de l’obstacle: une population, principalement située dans l’aire 5a, qui décharge seulement pendant le passage du membre au dessus del’entrave (cellules spécifiques au mouvement) et une autre, surtout localisée dans l’aire 5b, qui est activée au moins un cycle de marche avant l’enjambement (cellules anticipatrices). De plus, nous avons observé que l’activité de ces groupes neuronaux, particulièrement les cellules anticipatrices, était amplifiée lorsque la vitesse des obstacles était dissociée de celle du tapis roulant, démontrant l’importance grandissante de la vision lorsque la tâche devient plus difficile. Enfin, un grand nombre des cellules activées spécifiquement pendant l’enjambement démontraient une corrélation soutenue de leur activité avec le membre controlatéral, même s’il ne menait pas dans le mouvement (cellules unilatérales). Inversement, nous avons noté que la majorité des cellules anticipatrices avaient plutôt tendance à maintenir leur décharge en phase avec l’activité musculaire du premier membre à enjamber l’obstacle, indépendamment de sa position par rapport au site d’enregistrement (cellules bilatérales). Nous suggérons que cette disparité additionnelle démontre une fonction diversifiée de l’activité du CPP. Par exemple, les cellules unilatérales pourraient moduler le mouvement du membre controlatéral au-dessus de l’obstacle, qu’il mène ou suive dans l’ordre d’enjambement, tandis que les neurones bilatéraux sembleraient plutôt spécifier le type de mouvement volontaire requis pour éviter l’entrave. Ensembles, nos observations indiquent que le CPP a le potentiel de moduler l’activité des centres moteurs au travers de réseaux corticaux étendus et contribue à différents aspects de la locomotion sous guidage visuel, notamment l’initiation et l’ajustement de mouvements volontaires des membres antérieurs, mais aussi la planification de ces actions afin d’adapter la progression de l’individu au travers d’un environnement complexe.

Rôle du facteur de transcription PITX1 dans la pathogenèse de l'arthrose.

L'arthrose ou ostéoarthrite (OA) est la plus commune des maladies chroniques associées au vieillissement. La multiplicité des loci et des polymorphismes associés à l'OA suggère l'implication de nombreuses voies de signalisation. La plupart des voies empruntées partagent des points en commun avec le processus d'ossification endochondrale. Dans l'arthrose, la réinitiation de ce processus pourrait être responsable de la dégradation du cartilage et de la présence d'ostéophytes. Un des gènes ayant fait surface autant dans l'OA que dans le développement musculosquelettique est PITX1. Contrairement à ce que son nom l'indique, PITX1 n'est pas seulement exprimé dans la glande pituitaire mais également dans l'os, le cartilage, les muscles et les fibroblastes. Pitx1 joue un rôle clé dans l'identité des membres inférieurs et son inactivation complète chez la souris mène à un phénotype ressemblant aux membres supérieurs. Moins sévère, son inactivation partielle provoque des symptômes apparentés à l'arthrose précoce chez la souris vieillissante. Chez l'humain, une perte d'expression de PITX1 est observée dans le cartilage OA de concert avec une augmentation des protéines EXTL3, REG1 et PARP1. Ces dernières pourraient favoriser la phase initiale de régénération associée à l'arthrose. Pour induire la prolifération des chondrocytes, de bas niveaux de PITX1 sont nécessaires. À l'inverse, de hauts niveaux de PITX1 pourraient prévenir la prolifération et être responsables du statut différencié des chondrocytes articulaires normaux. L'étude des mécanismes de régulation du gène PITX1 a mené à l'identification d'un co-répresseur, nommé prohibitine (PHB1), lié sur une région promotrice distale. PHB1 est normalement retrouvé au niveau des mitochondries mais son accumulation nucléaire semble corréler avec la perte de PITX1 et l'initiation de l'OA. Cette découverte pourrait avoir un impact sur le diagnostic et d'éventuels traitements visant à prévenir l'apparition de l'arthrose.

Incidência de lesões locomotoras no cavalo, diagnosticadas por raio-x

Na medicina equina, os problemas locomotores estão na origem da maioria das consultas veterinárias, provocando uma enorme preocupação para os proprietários e equitadores e exigindo um grande conhecimento por parte do veterinário. Assim, não são demais os estudos realizados nesta área, que permitem auxiliar os médicos veterinários sempre que se deparam com este tipo de problemas. Uma das ferramentas fundamentais para o diagnóstico das lesões ósseas e articulares nos membros é o raio-X. Desde que este foi tornado portátil, passou a ser um enorme aliado do veterinário, permitindo diagnósticos mais facilitados e imediatos no terreno. O objectivo da presente dissertação, para além de rever a bibliografia descrita acerca da incidência de lesões locomotoras, é também contribuir para a caracterização das lesões mais frequentes na medicina equina na população estudada que envolvam as estruturas óssea e articular dos membros do cavalo. As lesões locomotoras descritas no estudo, foram determinadas após uma observação rigorosa aos diferentes raios-X de 95 cavalos e os dados recolhidos foram tratados através de uma análise estatística utilizando o programa «SPSS®». Existe uma maior incidência de lesões nos membros anteriores quando comparado com os membros posteriores. Tanto o membro anterior direito, como o membro posterior direito são igualmente mais afectados do que os membros esquerdos, havendo também uma elevada distribuição das lesões em ambos os membros anteriores em simultâneo. No membro anterior, a lesão mais frequentemente diagnosticada é a osteoartrite, sendo a luxação uma das lesões menos encontradas. Para o membro posterior, é o esparvão que mais se diagnostica, contrastando com o síndrome podotroclear, que tem uma prevalência baixa. No membro anterior, a 3ª falange é uma das regiões mais afectadas, sendo a ulna uma das regiões menos afectadas. No membro posterior, é a região do curvilhão que representa um dos locais mais propícios a lesão, enquanto a 2ª falange é uma das regiões onde menos frequentemente se diagnosticam lesões no cavalo. Os resultados encontrados estão de acordo com a bibliografia descrita e sugerem a importância da continuidade deste tipo de estudos, nomeadamente abrangendo outras variáveis como a raça, a idade e o tipo de utilização do cavalo e, ainda, a utilização de outros métodos imagiológicos.

Morphology and myofiber composition of skeletal musculature of the forelimb in young and aged wild type and myostatin null mice

Most current research into therapeutic approaches to muscle diseases involves the use of the mouse as an experimental model. Furthermore, a major strategy to alleviate myopathic symptoms through enhancing muscle growth and regeneration is to inhibit the action of myostatin (Mstn), a transforming growth factor-beta (TGF-beta) family member that inhibits muscle growth. Presently, however, no study has expanded the morphological analysis of mouse skeletal muscle beyond a few individual muscles of the distal hindlimb, through which broad conclusions have been based. Therefore, we have initially undertaken an expansive analysis of the skeletal musculature of the mouse forelimb and highlighted the species-specific differences between equivalent muscles of the rat, another prominently used experimental model. Subsequently, we examined the musculature of the forelimb in both young and old adult wild-type (mstn(+/+)) and myostatin null (mstn(-/-)) mice and assessed the potential beneficial and detrimental effects of myostatin deletion on muscle morphology and composition during the aging process. We showed that: (1) the forelimb muscles of the mouse display a more glycolytic phenotype than those of the rat; (2) in the absence of myostatin, the induced myofiber hyperplasia, hypertrophy, and glycolytic conversion all occur in a muscle-specific manner; and, importantly, (3) the loss of myostatin significantly alters the dynamics of postnatal muscle growth and impairs age-related oxidative myofiber conversion.

Epidural analgesia with morphine or buprenorphine in ponies with lipopolysaccharide (LPS)-induced carpal synovitis

This study evaluated the analgesia effects of the epidural administration of 0.1 mg/kg bodyweight (BW) of morphine or 5 mu g/kg BW of buprenorphine in ponies with radiocarpal joint synovitis. Six ponies were submitted to 3 epidural treatments: the control group (C) received 0.15 mL/kg BW of a 0.9% sodium chloride (NaCl) solution; group M was administered 0.1 mg/kg BW of morphine; and group B was administered 5 mu g/kg BW of buprenorphine, both diluted in 0.9% NaCl to a total volume of 0.15 mL/kg BW administered epidurally at 10 s/mL. The synovitis model was induced by injecting 0.5 ng of lipopolysaccharide (LPS) in the left or right radiocarpal joint. An epidural catheter was later introduced in the lumbosacral space and advanced up to the thoracolumbar level. The treatment started 6 h after synovitis induction. Lameness, maximum angle of carpal flexion, heart rate, systolic arterial pressure, respiratory rate, temperature, and intestinal motility were evaluated before LPS injection (baseline), 6 h after LPS injection (time 0), and 0.5, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 16, 20, and 24 h after treatments. Although the model of synovitis produced clear clinical signs of inflammation, the lameness scores in group C were different from the baseline for only up to 12 h. Both morphine and buprenorphine showed a reduction in the degree of lameness starting at 0.5 and 6 h, respectively. Reduced intestinal motility was observed at 0.5 h in group M and at 0.5 to 1 h in group B. Epidural morphine was a more effective analgesic that lasted for more than 12 h and without side effects. It was concluded that morphine would be a valuable analgesic option to alleviate joint pain in the thoracic limbs in ponies.

Energy substrate utilization during nightly vocal activity in three species of Scinax (Anura/Hylidae)

Anuran amphibians exhibit different patterns of energy substrate utilization that correlate with the intensity of vocal and locomotor activities. Given the remarkable differences among species in breeding and feeding strategies, and the different ways energy is used in the whole animal, the suggested correlations between calling and locomotor behavior and the level of energy substrates in the muscles responsible for such activities are more complex than previously reported. We explored the relationships between calling and locomotor behavior and energy supply to trunk and hindlimb muscles, respectively, within the ecologically diverse tree-frog genus Scinax. Specifically, we measured the relative amount of carbohydrates and lipids in these two groups of muscles, and in the liver of three species of Scinax that differ in vocal and locomotor performance, and compared our results with those of two other species for which comparable data are available. We also compared the contents of lipids and carbohydrates of conspecific males collected at the beginning and after 4 h of calling activity. The stomach content to potential feeding opportunities across species was also assessed in both groups of males. Scinax hiemalis and S. rizibilis exhibit comparatively low and episodic calling during long periods of activity whereas S. crospedospilus calls at higher rates over shorter periods. Male S. hiemalis had highest levels of trunk muscle glycogen followed by those of S. rizilbilis and S. crospedospilus, respectively. There was no correlation between total lipid content in trunk muscle and calling rate among different species, suggesting that other metabolic aspects may be responsible for the energetic support for vocal activity. The levels of lipids and carbohydrates in trunk and hindlimb muscles and liver of males collected at the beginning and 4 h into the calling period were similar across species, so the extent of energetic reserves does not appear to constrain vocal or locomotor activity. Finally, we found exceptionally high levels of carbohydrates and lipids in the liver of S. rizibilis, a trait perhaps related to a long and demanding breeding period.

Effect of substrate on the locomotion behaviour of the South American iguanian lizard Polychrus acutirostris

Arboreal and terrestrial habitats impose different constraints on tetrapod locomotion. We studied Polychrus acutirostris, a tree-dwelling lizard that also moves on the ground, in order to evaluate the effects of support incline and diameter on locomotion parameters. Limb movements of six specimens were filmed to quantify kinematic variables (velocity, stride frequency, stride length, and limb coordination) on distinct perch diameters (4.0, 1.5, 0.8 cm) and inclines (90, 45, and on level ground). The results show a notable slowness in arboreal habitat combined with a relatively fast locomotion when using the ground as temporary habitat. These animals developed walking trots mainly using lateral sequence. Non-symmetrical trots adopted at the highest velocities on the ground indicate difficulties of ""accommodation"" to the constraints imposed by this condition. Velocity generally decreases with the decreasing diameter, and with increasing incline, of the supports. Slowness, gaits favouring the body stability, elective role of the stride frequency in the modulation of the speed, and the role of the hindlimb in the force exchange to propel the body, constitute the main features of the locomotion pattern of P. acutirostris.

Locomotion patterns in two South American gymnophthalmid lizards: Vanzosaura rubricauda and Procellosaurinus tetradactylus

We quantified gait and stride characteristics (velocity, frequency, stride length, stance and swing duration, and duty factor) in the bursts of locomotion of two small, intermittently moving, closely related South American gymnophthalmid lizards: Vanzosaura rubricauda and Procellosaurinus tetradactylus. They occur in different environments: V rubricauda is widely distributed in open areas with various habitats and substrates, while P. tetradactylus is endemic to dunes in the semi-arid Brazilian Caatinga. Both use trot or walking trot characterised by a lateral sequence. For various substrates in a gradient of roughness (perspex, cardboard, sand, gravel), both species have low relative velocities in comparison with those reported for larger continuously moving lizards. To generate velocity, these animals increase stride frequency but decrease relative stride length. For these parameters, P. tetradactylus showed lower values than V rubricauda. In their relative range of velocities, no significant differences in stride length and frequency were recorded for gravel. However, the slopes of a correlation between velocity and its components were lower in P. tetradactylus on cardboard, whereas on sand this was only observed for velocity and stride length. The data showed that the difference in rhythmic parameters between both species increased with the smoothness of the substrates. Moreover, P. tetradactylus shows a highly specialised locomotor strategy involving lower stride length and frequency for generating lower velocities than in V. rubricauda. This suggests the evolution of a central motor pattern generator to control slower limb movements and to produce fewer and longer pauses in intermittent locomotion. (c) 2008 Elsevier GmbH. All rights reserved.