Chronic intermittent hypoxia increases rat sternohyoid muscle NADPH oxidase expression with attendant modest oxidative stress

Chronic intermittent hypoxia (CIH) causes upper airway muscle dysfunction. We hypothesized that the superoxide generating NADPH oxidase (NOX) is upregulated in CIH-exposed muscle causing oxidative stress. Adult male Wistar rats were exposed to intermittent hypoxia (5% O2 at the nadir for 90 s followed by 210 s of normoxia), for 8 h per day for 14 days. The effect of CIH exposure on the expression of NOX subunits, total myosin and 4-hydroxynonenal (4-HNE) protein adducts in sternohyoid muscle was determined by western blotting and densitometry. Sternohyoid protein free thiol and carbonyl group contents were determined by 1D electrophoresis using specific fluorophore probes. Aconitase and glutathione reductase activities were measured as indices of oxidative stress. HIF-1α content and key oxidative and glycolytic enzyme activities were determined. Contractile properties of sternohyoid muscle were determined ex vivo in the absence and presence of apocynin (putative NOX inhibitor). We observed an increase in NOX 2 and p47 phox expression in CIH-exposed sternohyoid muscle with decreased aconitase and glutathione reductase activities. There was no evidence, however, of increased lipid peroxidation or protein oxidation in CIH-exposed muscle. CIH exposure did not affect sternohyoid HIF-1α content or aldolase, lactate dehydrogenase, or glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase activities. Citrate synthase activity was also unaffected by CIH exposure. Apocynin significantly increased sternohyoid force and power. We conclude that CIH exposure upregulates NOX expression in rat sternohyoid muscle with concomitant modest oxidative stress but it does not result in a HIF-1α-dependent increase in glycolytic enzyme activity. Constitutive NOX activity decreases sternohyoid force and power. Our results implicate NOX-dependent reactive oxygen species in CIH-induced upper airway muscle dysfunction which likely relates to redox modulation of key regulatory proteins in excitation-contraction coupling.

Cartographie des cassures bicaténaires du remodelage chromatinien du spermatide et développement des outils techniques associés.

Résumé : La phase haploïde de la spermatogenèse (spermiogenèse) est caractérisée par une modification importante de la structure de la chromatine et un changement de la topologie de l’ADN du spermatide. Les mécanismes par lesquels ce changement se produit ainsi que les protéines impliquées ne sont pas encore complètement élucidés. Mes travaux ont permis d’établir la présence de cassures bicaténaires transitoires pendant ce remodelage par l’essai des comètes et l’électrophorèse en champ pulsé. En procédant à des immunofluorescences sur coupes de tissus et en utilisant un extrait nucléaire hautement actif, la présence de topoisomérases ainsi que de marqueurs de systèmes de réparation a été confirmée. Les protéines de réparation identifiées font partie de systèmes sujets à l’erreur, donc cette refonte structurale de la chromatine pourrait être génétiquement instable et expliquer le biais paternel observé pour les mutations de novo dans de récentes études impliquant des criblages à haut débit. Une technique permettant l’immunocapture spécifique des cassures bicaténaires a été développée et appliquée sur des spermatides murins représentant différentes étapes de différenciation. Les résultats de séquençage à haut débit ont montré que les cassures bicaténaires (hotspots) de la spermiogenèse se produisent en majorité dans l’ADN intergénique, notamment dans les séquences LINE1, l’ADN satellite et les répétions simples. Les hotspots contiennent aussi des motifs de liaisons des protéines des familles FOX et PRDM, dont les fonctions sont entre autres de lier et remodeler localement la chromatine condensée. Aussi, le motif de liaison de la protéine BRCA1 se trouve enrichi dans les hotspots de cassures bicaténaires. Celle-ci agit entre autres dans la réparation de l’ADN par jonction terminale non-homologue (NHEJ) et dans la réparation des adduits ADN-topoisomérase. De façon remarquable, le motif de reconnaissance de la protéine SPO11, impliquée dans la formation des cassures méiotiques, a été enrichi dans les hotspots, ce qui suggère que la machinerie méiotique serait aussi utilisée pendant la spermiogenèse pour la formation des cassures. Enfin, bien que les hotspots se localisent plutôt dans les séquences intergéniques, les gènes ciblés sont impliqués dans le développement du cerveau et des neurones. Ces résultats sont en accord avec l’origine majoritairement paternelle observée des mutations de novo associées aux troubles du spectre de l’autisme et de la schizophrénie et leur augmentation avec l’âge du père. Puisque les processus du remodelage de la chromatine des spermatides sont conservés dans l’évolution, ces résultats suggèrent que le remodelage de la chromatine de la spermiogenèse représente un mécanisme additionnel contribuant à la formation de mutations de novo, expliquant le biais paternel observé pour certains types de mutations.