Remodelage électrique cardiaque dans des modèles murins de cardiomyopathies

Les cardiomyopathies sont une atteinte du myocarde qui se présente sous différentes formes telles que l’hypertrophie ou la dilatation des chambres cardiaques. Ces maladies du muscle cardiaque peuvent affecter la contraction cardiaque et dégénèrer en insuffisance cardiaque. Aussi, l’hypertrophie et l’insuffisance cardiaques sont associées à une augmentation de la morbidité et de la mortalité cardiovasculaires principalement due au remodelage électrique et à la survenue d’arythmies. De plus, le retard de repolarisation, associé à une diminution des courants K+, est un des troubles cardiaques les plus couramment observés lors de ces pathologies cardiaques. L’angiotensine II (Ang II) et la norépinéphrine, principaux effecteurs du système rénine-angiotensine et du système nerveux sympathique, peuvent tous deux agir directement sur le cœur en liant les récepteurs de type 1 de l’Ang II (AT1) et les récepteurs adrénergiques. L’Ang II et la norépinéphrine sont associées au développement des cardiomyopathies, au remodelage cardiaque et à une prolongation de la durée du potentiel d'action cardiaque. Deux modèles de souris trangéniques surexprimant spécifiquement au niveau cardiaque les récepteurs AT1 (la souris AT1R) ou les récepteurs α1B-adrénergiques (la souris α1B-AR) ont été créés afin d’étudier les effets de ces stimuli sur le cœur. Ces deux modèles de souris développent du remodelage cardiaque, soit de l’hypertrophie chez les souris AT1R (cardiomyopathie hypertrophique) ou une dilatation des chambres cardiaques chez les souris α1B-AR (cardiomyopathie dilatée). Au stade avancé de la maladie, les deux modèles de souris transgéniques sont insuffisants cardiaques. Des données préliminaires ont aussi montré que les souris AT1R et les souris α1B-AR ont une incidence accrue d’arythmies ainsi qu’une prolongation de la durée du potentiel d’action. De plus, ces deux modèles de souris meurent subitement et prématurément, ce qui laissait croire qu’en conditions pathologiques, l’activation des récepteurs AT1 ou des récepteurs α1B-adrénergiques pouvait affecter la repolarisation et causer l’apparition d’arythmies graves. Ainsi, l’objectif de ce projet était de caractériser la repolarisation ventriculaire des souris AT1R et α1B-AR afin de déterminer si la suractivation chronique des récepteurs de l’Ang II ou des récepteurs 1B-adrénergiques pouvait affecter directement les paramètres électrophysiologiques et induire des arythmies. Les résultats obtenus ont révélé que les souris AT1R et les souris α1B-AR présentent un retard de repolarisation (prolongation de l’intervalle QTc (dans l’électrocardiogramme) et de la durée du potentiel d’action) causé par une diminution des courants K+ (responsables de la repolarisation). Aussi, l’incidence d’arythmies est plus importante dans les deux groupes de souris transgéniques comparativement à leur contrôle respectif. Finalement, nous avons vu que les troubles de repolarisation se produisent également dans les groupes de souris transgéniques plus jeunes, avant l’apparition de l’hypertrophie ou du remodelage cardiaque. Ces résultats suggèrent qu’en conditions pathologiques, l’activation chronique des récepteurs de l’Ang II ou des récepteurs α1B-adrénergiques peut favoriser le développement d’arythmies en retardant la repolarisation et cela, indépendamment de changements hémodynamiques ou du remodelage cardiaque. Les résultats de ces études pourront servir à comprendre les mécanismes responsables du développement d’arythmies cardiaques lors du remodelage et de l’insuffisance cardiaques et pourraient aider à optimiser le choix des traitements chez ces patients atteints ou à risque de développer de l’hypertrophie ou du remodelage cardiaque.

Étude de la relation entre les conformations et la signalisation des 7TMRs

L’interaction d’un ligand avec un récepteur à sept domaines transmembranaires (7TMR) couplé aux protéines G, mène à l’adoption de différentes conformations par le récepteur. Ces diverses conformations pourraient expliquer l’activation différentielle des voies de signalisation. Or, le lien entre la conformation et l’activité du récepteur n’est pas tout à fait claire. Selon les modèles classiques pharmacologiques, comme le modèle du complexe ternaire, il n’existe qu’un nombre limité de conformations qu’un récepteur peut adopter. Afin d’établir un lien entre la structure et la fonction des récepteurs, nous avons choisi dans un premier temps, le récepteur de chimiokine CXCR4 comme récepteur modèle. Ce dernier, est une cible thérapeutique prometteuse, impliqué dans l’entrée du VIH-1 dans les cellules cibles et dans la dissémination de métastases cancéreuses. Grâce au transfert d’énergie par résonance de bioluminescence (BRET) nous pouvons détecter les changements conformationnels des homodimères constitutifs de CXCR4 dans les cellules vivantes. En conséquence, nous avons mesuré les conformations de mutants de CXCR4 dont les mutations affecteraient sa fonction. Nous montrons que la capacité des mutants à activer la protéine Galphai est altérée suite au traitement avec l’agoniste SDF-1. Notamment, ces mutations altèrent la conformation du récepteur à l’état basal ainsi que la réponse conformationnelle induite suite au traitement avec l’agoniste SDF-1, l’agoniste partiel AMD3100 ou l’agoniste inverse TC14012. Ainsi, différentes conformations de CXCR4 peuvent donner lieu à une activation similaire de la protéine G, ce qui implique une flexibilité des récepteurs actifs qui ne peut pas être expliquée par le modèle du complexe ternaire (Berchiche et al. 2007). Également, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CCR2, exprimé à la surface des cellules immunitaires. Il joue un rôle important dans l’inflammation et dans des pathologies inflammatoires telles que l’asthme. CCR2 forme des homodimères constitutifs et possède différents ligands naturels dont la redondance fonctionnelle a été suggérée. Nous avons étudié le lien entre les conformations et les activations d’effecteurs (fonctions) de CCR2. Notre hypothèse est que les différents ligands naturels induisent différentes conformations du récepteur menant à différentes fonctions. Nous montrons que les réponses de CCR2 aux différents ligands ne sont pas redondantes au niveau pharmacologique et que les chimiokines CCL8, CCL7 et CCL13 (MCP-2 à MCP-4) sont des agonistes partiels de CCR2, du moins dans les systèmes que nous avons étudiés. Ainsi, l’absence de redondance fonctionnelle parmi les chimiokines liant le même récepteur, ne résulterait pas de mécanismes complexes de régulation in vivo, mais ferait partie de leurs propriétés pharmacologiques intrinsèques (Berchiche et al. 2011). Enfin, nous nous sommes intéressés au récepteur de chimiokine CXCR7. Récemment identifié, CXCR7 est le deuxième récepteur cible de la chimiokine SDF-1. Cette chimiokine a été considérée comme étant capable d’interagir uniquement avec le récepteur CXCR4. Notamment, CXCR4 et CXCR7 possèdent un patron d’expression semblable dans les tissus. Nous avons évalué l’effet de l’AMD3100, ligand synthétique de CXCR4, sur la conformation et la signalisation de CXCR7. Nos résultats montrent qu’AMD3100, tout comme SDF-1, lie CXCR7 et augmente la liaison de SDF-1 à CXCR7. Grâce au BRET, nous montrons aussi qu’AMD3100 seul est un agoniste de CXCR7 et qu’il est un modulateur allostérique positif de la liaison de SDF-1 à CXCR7. Aussi, nous montrons pour la première fois le recrutement de la beta-arrestine 2 à CXCR7 en réponse à un agoniste. L’AMD3100 est un ligand de CXCR4 et de CXCR7 avec des effets opposés, ce qui appelle à la prudence lors de l’utilisation de cette molécule pour l’étude des voies de signalisation impliquant SDF-1 (Kalatskaya et al. 2009). En conclusion, nos travaux amènent des évidences qu’il existe plusieurs conformations actives des récepteurs et appuient les modèles de structure-activité des récepteurs qui prennent en considération leur flexibilité conformationnelle.

Rôle du récepteur aux cannabinoïdes CB2 sur la synaptogenèse

Lors de cette étude, nous avons d’abord localisé les récepteurs CB1 et CB2 sur les structures neuronales. Nous avons montré que les récepteurs CB1 et CB2 sont présents sur les dendrites et les axones et les filopodes. Dans le même ordre d’idée, nous avons localisé le récepteur DCC sur les structures neuronales. Celui-ci est aussi présent sur les dendrites, les axones et les filopodes. Ces résultats suggèrent que le récepteur DCC serait impliqué non seulement dans le processus de synaptogenèse médié par le récepteur CB1, comme cela a été montré dans le laboratoire du professeur Bouchard, mais aussi dans celui, éventuellement, médié par le récepteur CB2. Nous avons ensuite évalué l’effet des ligands du récepteur CB2. Nous n’avons détecté aucun effet clair des agonistes inverses (AM630 et JTE907) et des agonistes (JWH015 et JWH133) quant à la médiation du processus de synaptogenèse en terme de variation de la densité des filopodes et des points de contacts synaptiques. Nous avons obtenu des résultats variables. Ceux-ci furent non reproductibles. Nous avons obtenu des résultats différents des résultats originaux lorsque nous avons requantifié visuellement les mêmes photos à deux reprises Nous avons développé une méthode informatisée de quantification qui nous a permis d’obtenir des résultats reproductibles. Cependant, nous n’avons toujours pas détecté d’effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Ces résultats préliminaires ne nous permettent ni d’infirmer, ni de confirmer d’éventuels effets sur la synaptogenèse médiés par le récepteur CB2. Une étude exhaustive serait nécessaire pour le déterminer.

Modulation par le récepteur neurokinine-1du mécanisme d’action des immunosuppresseurs chez les cellules T.

Le récepteur neurokinine 1 (NK1R) est impliqué dans la régulation des réponses immunitaires innées et adaptatives. Cependant, les mécanismes par lesquels le NK1R modulerait ces réponses ne sont pas connus. Chez les cellules T, les voies de la calcineurine et de la mTOR constituent les cibles d’immunosuppresseurs, comme la cyclosporine A (CsA), le tacrolimus et la rapamycine. Ainsi, nous avons voulu déterminer si le NK1R pourrait agir sur ces voies et si le blocage pharmacologique du NK1R avec des antagonistes sélectifs, pourrait augmenter l’action de ces immunosuppresseurs sur l’activation des cellules T. Tout d’abord, nos résultats ont montré que les cellules Jurkat (celules T humaines) exprimaient à la fois le gène du NK1R et de son ligand (les endokinines). Ceci suggère l'existence d'une régulation autocrine tachykinergique de la fonction des cellules T. Cette hypothèse est appuyée par nos données, où nous avons observé que le blocage du NK1R avec des antagonistes spécifiques (L-733,060 et L-703,606) chez les cellules Jurkat, inhibe la production d'IL-2 et diminue l'activation du NFAT (substrat de la calcineurine). De façon intéressante, nous avons montré un effet de combinaison entre les antagonistes du NK1R et les inhibiteurs de la calcineurine (CsA et tacrolimus) sur la production d’IL-2 et l’activation du NFAT. En revanche, le blocage du NK1R n'a pas d'effet inhibiteur sur l’activation de la mTOR et la p70S6K, mais réduit la phosphorylation de S6R (Ser235/236) et Akt (Ser473). Enfin, nous n’avons observé aucun effet de combinaison avec la rapamycine et l’antagoniste NK1R sur l’activation de mTOR et de sa voie de signalisation. L’ensemble de nos résultats, démontrent la présence d'un nouveau mécanisme de régulation de NFAT impliquant le système tachykinergique NK1R/endokinines chez les cellules T. Par conséquent, nous suggérons que la combinaison des antagonistes NK1R avec les inhibiteurs de la calcineurine pourrait être une alternative thérapeutique intéressante afin de réduire les doses de CsA et le FK506 dans les protocoles de prévention de rejet de greffes.

Voies de signalisation non-canoniques du récepteur V2 de la vasopressine

Le récepteur V2 (V2R) de la vasopressine est un récepteur couplé aux protéines G (RCPG), jouant un rôle fondamental dans le maintien de l’homéostasie hydrosodique. À l’instar de nombreux RCPGs, il est capable d’interagir avec plusieurs types de protéines G hétérotrimériques et possède des voies de signalisation peu explorées aux mécanismes mal compris. Ces voies non canoniques font l’objet des travaux exposés dans ce mémoire. Il s’agit d’explorer les caractéristiques et mécanismes de la signalisation de V2R via G12, et de la voie d’activation d’ERK 1/2 par transactivation du récepteur de l’insulin-like growth factor 1, IGF1R. Par des études de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), nous exposons la capacité de V2R à interagir avec la sous-unité Gα12 ainsi que la modulation de la conformation de l’hétérotrimère G12 par l’agoniste de V2R, l’arginine-vasopressine. Ces travaux dévoilent également la modulation de l’interaction entre Gα12 et son effecteur classique RhoA, suggérant un engagement de RhoA, ainsi que la potentialisation via Gα12 de la production d’AMP cyclique. À l’aide de diverses méthodes d’inhibition sélective, nos résultats précisent les mécanismes de la transactivation. Ils supportent notamment le rôle initiateur de l’activation de Src par V2R et l’absence d’implication des ligands connus d’IGF1R dans la transactivation. La métalloprotéase MMP 3 apparaît par ailleurs comme un bon candidat pour réguler la transactivation. Ce projet met en lumière des modes de signalisation peu explorés de V2R, dont l’implication physiologique et physiopathologique pourrait s’avérer significative, au-delà d’un apport fondamental dans la compréhension de la signalisation des RCPGs.

Strategies for revascularizing the ischemic retina

Les rétinopathies ischémiques (RI) sont la cause majeure de cécité chez les personnes âgées de moins de 65 ans. Il existe deux types de RIs soit la rétinopathie du prématuré (ROP) ainsi que la rétinopathie diabétique (RD). Les RIs sont décrites en deux phases soit la phase de vasooblitération, marquée par une perte importante de vaisseaux sanguins, et une phase de néovascularisation secondaire à lʼischémie menant à une croissance pathologique de vaisseaux. Cette seconde phase peut générer des complications cliniques telles quʼun oedème dans lʼhumeur vitré ainsi que le détachement de la rétine chez les patients déjà atteints dʼune RI. Les traitements approuvés pour les RIs visent à réduire la formation des vaisseaux pathologiques ou lʼoedème; mais ceux-ci malheureusement ne règlent pas les problèmes sous-jacents tels que la perte vasculaire et lʼischémie. La rétine est un tissu hautement vascularisé qui contribue à lʼirrigation et à lʼhoméostasie des neurones. Lʼinteraction neurovasculaire, comprenant de neurones, vaisseaux et cellules gliales, contribue au maintien de cette homéostasie. Durant le développement, les neurones et les cellules gliales jouent un rôle important dans la vascularisation de la rétine en sécrétant des facteurs qui stimulent l'angiogenèse. Cependant, nos connaissances sur lʼinteraction neurovasculaire dans les RIs sont limitées. En identifiant les interactions importantes entre les cellules composant cette unité neurovasculaire dans la rétine, nous pourrons viser des cibles qui engendreront une revascularisation seine afin de diminuer les signes pathologiques chez les patients atteints dʼune RI. Les travaux présentés dans cette thèse visent à mieux expliquer cette interaction neurovasculaire en soulignant des concepts importants propres aux RIs. En utilisant un modèle de rétinopathie induite par lʼoxygène chez la souris, qui reproduit les caractéristiques importantes de la ROP (et en certaines instances, la RD), nous identifions quelques molécules clés jouant un rôle significatif dans les RIs soit la sémaphorine 3A (sema3A), lʼIL-1β, ainsi que le récepteur PAR2. Nos résultats démontrent que Sema3A, sécrétée par les cellules ganglionnaires rétiniennes (CGRs) durant une ischémie, empêche la revascularisation normale et que cette expression est induite par lʼIL-1β provenant des microglies activées. En bloquant Sema3A directement ou via lʼinhibition de lʼIL- 1β, nous remarquons une revascularisation seine ainsi quʼune diminution importante des vaisseaux pathologiques. Cela nous indique que Sema3A est impliquée dans la guidance vasculaire et quʼelle contribue à la pathogenèse des RIs. Lʼactivation de façon exogène de PAR2, identifié aussi comme régulateur du récepteur de lʼIL-1β (IL- 1RI) sur les CGRs, se traduit par une diminution séquentielle de lʼIL-1RI et de Sema3A ce qui mène également à une revascularisation seine. En conclusion, ces travaux soulignent lʼimportance de lʼinteraction neurovasculaire ainsi que la guidance vasculaire dans les RIs. Ils renforcent lʼimportance de la communication entre neurone, vaisseau et microglie dans la pathogenèse des RIs. Finalement, nous identifions quelques molécules clés qui pourront servir comme cibles afin de lutter contre lʼischémie qui cause des problèmes vasculaires chez les patients atteints dʼune RI.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

The phytocannabinoid Delta(9)-tetrahydrocannabivarin modulates inhibitory neurotransmission in the cerebellum

Background and purposeThe phytocannabinoid Delta(9)-tetrahydrocannabivarin (Delta(9)-THCV) has been reported to exhibit a diverse pharmacology; here, we investigate functional effects of Delta(9)-THCV, extracted from Cannabis sativa, using electrophysiological techniques to define its mechanism of action in the CNS.Experimental approachEffects of Delta(9)-THCV and synthetic cannabinoid agents on inhibitory neurotransmission at interneurone-Purkinje cell (IN-PC) synapses were correlated with effects on spontaneous PC output using single-cell and multi-electrode array (MEA) electrophysiological recordings respectively, in mouse cerebellar brain slices in vitro.Key resultsThe cannabinoid receptor agonist WIN 55,212-2 (WIN55) decreased miniature inhibitory postsynaptic current (mIPSC) frequency at IN-PC synapses. WIN55-induced inhibition was reversed by Delta(9)-THCV, and also by the CB(1) receptor antagonist AM251; Delta(9)-THCV or AM251 acted to increase mIPSC frequency beyond basal values. When applied alone, Delta(9)-THCV, AM251 or rimonabant increased mIPSC frequency. Pre-incubation with Delta(9)-THCV blocked WIN55-induced inhibition. In MEA recordings, WIN55 increased PC spike firing rate; Delta(9)-THCV and AM251 acted in the opposite direction to decrease spike firing. The effects of Delta(9)-THCV and WIN55 were attenuated by the GABA(A) receptor antagonist bicuculline methiodide.Conclusions and implicationsWe show for the first time that Delta(9)-THCV acts as a functional CB(1) receptor antagonist in the CNS to modulate inhibitory neurotransmission at IN-PC synapses and spontaneous PC output. Delta(9)-THCV- and AM251-induced increases in mIPSC frequency beyond basal levels were consistent with basal CB(1) receptor activity. WIN55-induced increases in PC spike firing rate were consistent with synaptic disinhibition; whilst Delta(9)-THCV- and AM251-induced decreases in spike firing suggest a mechanism of PC inhibition.British Journal of Pharmacology advance online publication, 3 March 2008; doi:10.1038/bjp.2008.57.

Tweaking the gain on platelet regulation: The tachykinin connection

Soluble factors such as ADP and thromboxane (TX) A(2) that are secreted or released by platelets at sites of tissue injury, mediate autocrine and paracrine regulation of platelet function, resulting in rapid localised thrombus formation. The suppression of platelet function, particularly through targeting such secondary regulatory mechanisms, that serve to 'fine-tune' the platelet response, has proven effective in the prevention of inappropriate platelet activation that results in thrombosis. The most commonly used anti-platelet approaches (ADP receptor antagonism or inhibition of TXA(2) synthesis), however, lack efficacy in many patients, suggesting the existence of additional uncharacterised mechanisms for the regulation of platelet function. Recent data, which form a focus of this review, have identified peripheral tachykinin peptide family members, such as substance P and the newly identified endokinins, as physiologically important positive feedback regulators of platelet function. The actions of tachykinins that are released from platelets during activation are mediated by the neurokinin-1 receptor. Initial analysis of the role of this receptor in platelet thrombus formation, and thrombosis in the mouse, indicate this to be a promising new target for the development of anti-thrombotic drugs. (C) 2008 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

Non-D9-tetrahydrocannabinol phytocannabinoids stimulate feeding in rats

Cannabinoid type 1 receptor-mediated appetite stimulation by D9tetrahydrocannabinol (D9THC) is well understood. Recently, it has become apparent that non-D9THC phytocannabinoids could also alter feeding patterns. Here, we show definitively that non-D9THC phytocannabinoids stimulate feeding. Twelve male, Lister-Hooded rats were prefed to satiety prior to administration of a standardized cannabis extract or to either of two mixtures of pure phytocannabinoids (extract analogues) comprising the phytocannabinoids present in the same proportions as the standardized extract (one with and one without D9THC). Hourly intake and meal pattern data were recorded and analysed using two-way analysis of variance followed by one-way analysis of variance and Bonferroni post-hoc tests. Administration of both extract analogues significantly increased feeding behaviours over the period of the test. All three agents increased hour-one intake and meal-one size and decreased the latency to feed, although the zero-D9THC extract analogue did so to a lesser degree than the high-D9THC analogue. Furthermore, only the analogue containing D9THC significantly increased meal duration. The data confirm that at least one non-D9THC phytocannabinoid induces feeding pattern changes in rats, although further trials using individual phytocannabinoids are required to fully understand the observed effects.

Cannabinol and cannabidiol exert opposing effects on rat feeding patterns

Rationale: Increased food consumption following Δ9- tetrahydrocannabinol-induced cannabinoid type 1 receptor agonism is well documented. However, possible non-Δ9- tetrahydrocannabinol phytocannabinoid-induced feeding effects have yet to be fully investigated. Therefore, we have assessed the effects of the individual phytocannabinoids, cannabigerol, cannabidiol and cannabinol, upon feeding behaviors. Methods: Adult male rats were treated (p.o.) with cannabigerol, cannabidiol, cannabinol or cannabinol plus the CB1R antagonist, SR141716A. Prior to treatment, rats were satiated and food intake recorded following drug administration. Data were analyzed for hourly intake and meal microstructure. Results: Cannabinol induced a CB1R-mediated increase in appetitive behaviors via significant reductions in the latency to feed and increases in consummatory behaviors via increases in meal 1 size and duration. Cannabinol also significantly increased the intake during hour 1 and total chow consumed during the test. Conversely, cannabidiol significantly reduced total chow consumption over the test period. Cannabigerol administration induced no changes to feeding behavior. Conclusion: This is the first time cannabinol has been shown to increase feeding. Therefore, cannabinol could, in the future, provide an alternative to the currently used and psychotropic Δ9-tetrahydrocannabinol-based medicines since cannabinol is currently considered to be non-psychotropic. Furthermore, cannabidiol reduced food intake in line with some existing reports, supporting the need for further mechanistic and behavioral work examining possible anti-obesity effects of cannabidiol.

Substance P released by TRPV1-expressing neurons produces reactive oxygen species that mediate ethanol-induced gastric injury

Although neurokinin 1 receptor antagonists prevent ethanol (EtOH)-induced gastric lesions, the mechanisms by which EtOH releases substance P (SP) and SP damages the mucosa are unknown. We hypothesized that EtOH activates transient receptor potential vanilloid 1 (TRPV1) on sensory nerves to release SP, which stimulates epithelial neurokinin 1 receptors to generate damaging reactive oxygen species (ROS). SP release was assayed in the mouse stomach, ROS were detected using dichlorofluorescein diacetate, and neurokinin 1 receptors were localized by immunofluorescence. EtOH-induced SP release was prevented by TRPV1 antagonism. High dose EtOH caused lesions, and TRPV1 or neurokinin 1 receptor antagonism and neurokinin 1 receptor deletion inhibited lesion formation. Coadministration of low, innocuous doses of EtOH and SP caused lesions by a TRPV1-independent but neurokinin 1 receptor-dependent process. EtOH, capsaicin, and SP stimulated generation of ROS by superficial gastric epithelial cells expressing neurokinin 1 receptors by a neurokinin 1 receptor-dependent mechanism. ROS scavengers prevented lesions induced by a high EtOH dose or a low EtOH dose plus SP. Gastric lesions are caused by an initial detrimental effect of EtOH, which is damaging only if associated with TRPV1 activation, SP release from sensory nerves, stimulation of neurokinin 1 receptors on epithelial cells, and ROS generation.

Endocannabinoids, FOXO and the metabolic syndrome: redox, function and tipping point--the view from two systems

The endocannabinoid system (ECS) was only 'discovered' in the 1990s. Since then, many new ligands have been identified, as well as many new intracellular targets--ranging from the PPARs, to mitochondria, to lipid rafts. It was thought that blocking the CB-1 receptor might reverse obesity and the metabolic syndrome. This was based on the idea that the ECS was dysfunctional in these conditions. This has met with limited success. The reason may be that the ECS is a homeostatic system, which integrates energy seeking and storage behaviour with resistance to oxidative stress. It could be viewed as having thrifty actions. Thriftiness is an innate property of life, which is programmed to a set point by both environment and genetics, resulting in an epigenotype perfectly adapted to its environment. This thrifty set point can be modulated by hormetic stimuli, such as exercise, cold and plant micronutrients. We have proposed that the physiological and protective insulin resistance that underlies thriftiness encapsulates something called 'redox thriftiness', whereby insulin resistance is determined by the ability to resist oxidative stress. Modern man has removed most hormetic stimuli and replaced them with a calorific sedentary lifestyle, leading to increased risk of metabolic inflexibility. We suggest that there is a tipping point where lipotoxicity in adipose and hepatic cells induces mild inflammation, which switches thrifty insulin resistance to inflammation-driven insulin resistance. To understand this, we propose that the metabolic syndrome could be seen from the viewpoint of the ECS, the mitochondrion and the FOXO group of transcription factors. FOXO has many thrifty actions, including increasing insulin resistance and appetite, suppressing oxidative stress and shifting the organism towards using fatty acids. In concert with factors such as PGC-1, they also modify mitochondrial function and biogenesis. Hence, the ECS and FOXO may interact at many points; one of which may be via intracellular redox signalling. As cannabinoids have been shown to modulate reactive oxygen species production, it is possible that they can upregulate anti-oxidant defences. This suggests they may have an 'endohormetic' signalling function. The tipping point into the metabolic syndrome may be the result of a chronic lack of hormetic stimuli (in particular, physical activity), and thus, stimulus for PGC-1, with a resultant reduction in mitochondrial function and a reduced lipid capacitance. This, in the context of a positive calorie environment, will result in increased visceral adipose tissue volume, abnormal ectopic fat content and systemic inflammation. This would worsen the inflammatory-driven pathological insulin resistance and inability to deal with lipids. The resultant oxidative stress may therefore drive a compensatory anti-oxidative response epitomised by the ECS and FOXO. Thus, although blocking the ECS (e.g. via rimonabant) may induce temporary weight loss, it may compromise long-term stress resistance. Clues about how to modulate the system more safely are emerging from observations that some polyphenols, such as resveratrol and possibly, some phytocannabinoids, can modulate mitochondrial function and might improve resistance to a modern lifestyle.

Reduced neural response to reward following 7 days treatment with the cannabinoid CB1 antagonist rimonabant in healthy volunteers

Reduced subjective experience of reward (anhedonia) is a key symptom of major depression. The anti-obesity drug and cannabinoid type 1 receptor (CB(1)) antagonist, rimonabant, is associated with significant rates of depression and anxiety in clinical use and was recently withdrawn from the market because of these adverse effects. Using a functional magnetic resonance imaging (fMRI) model of reward we hypothesized that rimonabant would impair reward processing. Twenty-two healthy participants were randomly allocated to receive rimonabant (20 mg), or placebo, for 7 d in a double-blind, parallel group design. We used fMRI to measure the neural response to rewarding (sight and/or flavour of chocolate) and aversive (sight of mouldy strawberries and/or an unpleasant strawberry taste) stimuli on the final day of drug treatment. Rimonabant reduced the neural response to chocolate stimuli in key reward areas such as the ventral striatum and the orbitofrontal cortex. Rimonabant also decreased neural responses to the aversive stimulus condition in the caudate nucleus and ventral striatum, but increased lateral orbitofrontal activations to the aversive sight and taste of strawberry condition. Our findings are the first to show that the anti-obesity drug rimonabant inhibits the neural processing of rewarding food stimuli in humans. This plausibly underlies its ability to promote weight loss, but may also indicate a mechanism for inducing anhedonia which could lead to the increased risk of depressive symptomatology seen in clinical use. fMRI may be a useful method of screening novel agents for unwanted effects on reward and associated clinical adverse reactions.

Adenosine modulates alpha2-adrenergic receptors through a phospholipase C pathway in brainstem cell culture of rats

Adenosine acts in the nucleus tractus solitarii (NTS), one of the main brain sites related to cardiovascular control. In the present study we show that A(1) adenosine receptor (A(1R)) activation promotes an increase on alpha(2)-adrenoceptor (Alpha(2R)) binding in brainstem cell culture from newborn rats. We investigated the intracellular cascade involved in such modulatory process using different intracellular signaling molecule inhibitors as well as calcium chelators. Phospholipase C, protein kinase Ca(2+)-dependent, IP(3) receptor and intracellular calcium were shown to participate in A(1R)/Alpha(2R) interaction. In conclusion, this result might be important to understand the role of adenosine within the NTS regarding autonomic cardiovascular control. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.