Developmental vitamin D (DVD) deficiency in the rat alters adult behaviour independently of HPA function

Developmental vitamin D deficiency (DVD) has been shown to alter the orderly pattern of brain development. Even though the period of vitamin D deficiency is restricted to gestation this is sufficient to induce behavioural abnormalities in the adult offspring consistent with those seen in many animal models of schizophrenia. Given that some of these behavioural alterations could also be an indirect result of either impaired maternal hypothalamic pituitary axis (HPA) function (which in turn could influence maternal care) or the result of a permanent alteration in HPA function in the adult offspring we have examined HPA status in both maternal animals and adult offspring. In this study we have established that HPA function is normal in the maternally vitamin D deficient rat. We replicate the behavioural phenotype of hyperlocomotion whilst establishing that HPA function is also unchanged in the adult mate offspring. We conclude that the behavioural alterations induced by DVD deficiency are due to some adverse event in brain development rather than via an alteration in stress response. (c) 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Mitochondrial dysmorphology in the neuroepithelium of rat embryos following a single dose of maternal hyperthermia during gestation

Hyperthermia is teratogenic to human and animal embryos and induces mainly anomalies of the nervous system. However, the teratogenic mechanism is poorly understood. Mammalian embryos are known to switch from anaerobic to aerobic metabolism around the time of neural tube closure. This critical event might be sensitive to hyperthermia. The objective of the present study was to evaluate the ultrastructural changes of the mitochondria of the neuroepithelium (NE) of rat embryos following maternal exposure to hyperthermia. Pregnant rats were heat stressed for an hour on gestation day (GD) 9 and embryos were examined by electron microscopy on GD 10. NE presented extensive apoptosis. Intercellular junctions were weakened and copious cellular debris projected into the ventricle. The mitochondria were of diverse size and shape. Most of them were swollen and had short cristae and electron dense matrix. Hydropic changes were also observed in numerous mitochondria. Lipid-laden mitochondria were found in the apical portions of neuroblasts. The mesenchyme (ME) of heat-treated embryos showed paucity of cells and only as frequent apoptosis as the controls. Their mitochondria also showed changes similar to those of the NE. Additionally extensive lipid accumulation was observed in and in the vicinity of mitochondria, often surrounded by short strands of endoplasmic reticulum. Whereas mitochondrial pathology was associated with profound apoptosis in the NE, growth restriction and lipid accumulation accompanied mitochondrial changes in the ME. The results of this study indicate that the embryonic response to maternal heat shock is tissue-specific and morphologically distinct in this species.

Postnatal developmental expression of the PDZ scaffolds Na+-H+ exchanger regulatory factors 1 and 2 in the rat cochlea

Sensory transduction in the mammalian cochlea requires the maintenance of specialized fluid compartments with distinct ionic compositions. This is achieved by the concerted action of diverse ion channels and transporters, some of which can interact with the PDZ scaffolds, Na+-H+ exchanger regulatory factors 1 and 2 (NHERF-1, NHERF-2). Here, we report that NHERF-1 and NHERF-2 are widely expressed in the rat cochlea, and that their expression is developmentally regulated. Reverse transcription/polymerase chain reaction (RT-PCR) and Western blotting initially confirmed the RNA and protein expression of NHERFs. We then performed immunohistochemistry on cochlea during various stages of postnatal development. Prior to the onset of hearing (P8), NHERF-1 immunolabeling was prominently polarized to the apical membrane of cells lining the endolymphatic compartment, including the stereocilia and cuticular plates of the inner and outer hair cells, marginal cells of the stria vascularis, Reissner's epithelia, and tectorial membrane. With maturation (P21, P70), NHERF-1 immunolabeling was reduced in the above structures, whereas labeling increased in the apical membrane of the interdental cells of the spiral limbus and the inner and outer sulcus cells, Hensen's cells, the inner and outer pillar cells, Deiters cells, the inner border cells, spiral ligament fibrocytes, and spiral ganglion neurons (particularly type II). NHERF-1 expression in strial basal and intermediate cells was persistent. NHERF-2 immunolabeling was similar to that for NHERF-1 during postnatal development, with the exception of expression in the synaptic regions beneath the outer hair cells. NHERF-1 and NHERF-2 co-localized with glial fibrillary acidic protein and vimentin in glia. The cochlear localization of NHERF scaffolds suggests that they play important roles in the developmental regulation of ion transport, homeostasis, and auditory neurotransmission.

What does the animal model teach us about the effects of physical activity on growing bone?

Experiments to design physical activity programs that optimize their osteogenic potential are difficult to accomplish in humans. The aim of this article is to review the contributions that animal studies have made to knowledge of the loading conditions that are osteogenic to the skeleton during growth, as well as to consider to what extent animal studies fail to provide valid models of physical activity and skeletal maturation. Controlled loading studies demonstrate that static loads are ineffective, and that bone formation is threshold driven and dependent on strain rate, amplitude, and duration of loading. Only a few loading cycles per session are required, and distributed bouts are more osteogenic than sessions of long duration. Finally, animal models fail to inform us of the most appropriate ways to account for the variations in biological maturation that occur in our studies of children and adolescents, requiring the use of techniques for studying human growth and development.

Tetrahydrobiopterin metabolism, neurotransmitters and behaviour in the rat

Various neurotoxins were investigated to assess their suitability for developing an animal model to study partial brain BH4 deficiency, neurotransmitters and behavioural alterations. Acute dosing with lead, diethylstilboestrol (DES), amphetamine and scopolamine produced no significant changes in rat brain BH4 metabolism though total biopterins in the liver were significantly reduced by lead and DES. Acute starvation of adult rats decreased brain biopterins. This loss of biopterins may be due to enhanced oxidative catabolism of the active cofactor caused by glutathione depletion. Dietary administration of a BH4 biosynthesis inhibitor, DAHP, consistently decreased brain total biopterins in weaner rats but did not alter the levels of DA, NA, 5-HT or metabolites. However the DAHP diet also induced a marked reduction in food intake. Rats subjected to an equivalent degree of food restriction without inhibitor showed significant but less severe reductions in brain biopterins and again no effect on transmitter levels. DAHP produced a significant decrease in locomotor activity and rearing. This could not be ascribed to reduction in food intake as animals subjected to just dietary restriction showed an increase in these activities. As gross brain levels of DA, NA and 5-HT were unaltered by DAHP the behavioural changes associated with the induced deficiency in brain total biopterins might not have been mediated through the action of these compounds. Although localised changes in neurotransmitter levels may have been obscured by gross analysis it is also possible that the behaviour changes were mediated by a role of BH4 not yet elucidated. Long-term administration of a high aluminium low calcium diet to mice produced no effect on gross brain total biopterins, catecholamines, serotonin or choline acetyltransferase activity though significant behavioural changes were observed.

The use of erythrocytic and animal models in the study of protein phosphorylation

Phosphorylation processes are common post-transductional mechanisms, by which it is possible to modulate a number of metabolic pathways. Proteins are highly sensitive to phosphorylation, which governs many protein-protein interactions. The enzymatic activity of some protein tyrosine-kinases is under tyrosine-phosphorylation control, as well as several transmembrane anion-fluxes and cation exchanges. In addition, phosphorylation reactions are involved in intra and extra-cellular 'cross-talk' processes. Early studies adopted laboratory animals to study these little known phosphorylation processes. The main difficulty encountered with these animal techniques was obtaining sufficient kinase or phosphatase activity suitable for studying the enzymatic process. Large amounts of biological material from organs, such as the liver and spleen were necessary to conduct such work with protein kinases. Subsequent studies revealed the ubiquity and complexity of phosphorylation processes and techniques evolved from early rat studies to the adaptation of more rewarding in vitro models. These involved human erythrocytes, which are a convenient source both for the enzymes, we investigated and for their substrates. This preliminary work facilitated the development of more advanced phosphorylative models that are based on cell lines. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

A low mortality, high morbidity Reduced Intensity Status Epilepticus (RISE) model of epilepsy and epileptogenesis in the rat

Animal models of acquired epilepsies aim to provide researchers with tools for use in understanding the processes underlying the acquisition, development and establishment of the disorder. Typically, following a systemic or local insult, vulnerable brain regions undergo a process leading to the development, over time, of spontaneous recurrent seizures. Many such models make use of a period of intense seizure activity or status epilepticus, and this may be associated with high mortality and/or global damage to large areas of the brain. These undesirable elements have driven improvements in the design of chronic epilepsy models, for example the lithium-pilocarpine epileptogenesis model. Here, we present an optimised model of chronic epilepsy that reduces mortality to 1% whilst retaining features of high epileptogenicity and development of spontaneous seizures. Using local field potential recordings from hippocampus in vitro as a probe, we show that the model does not result in significant loss of neuronal network function in area CA3 and, instead, subtle alterations in network dynamics appear during a process of epileptogenesis, which eventually leads to a chronic seizure state. The model’s features of very low mortality and high morbidity in the absence of global neuronal damage offer the chance to explore the processes underlying epileptogenesis in detail, in a population of animals not defined by their resistance to seizures, whilst acknowledging and being driven by the 3Rs (Replacement, Refinement and Reduction of animal use in scientific procedures) principles.

Effects of exercise training on intrauterine growth restriction in an animal model

Résumé Selon l'OMS, la retard de croissance intra-utérine (RCIU; 10% en dessous du poids normal pendant la grossesse) affecte 5-10% des grossesses et est une cause principale de la morbidité et de la mortalité périnatales. Dans notre étude précédente sur un modèle de souris transgénique de prééclampsie (R+A+), nous avons constaté que l’entraînement physique (ExT) avant et pendant la grossesse réduisait la pression artérielle maternelle et empêchait la RCIU en améliorant le développement placentaire. Dans le cadre de mon projet, nous avons confirmé les bénifices de l’ExT dans un modèle de RCIU (souris déficiente en p57Kip2 (p57-/+). Ainsi, nous avons observé la présence de RCIU, d’une masse placentaire réduite, d’une augmentation de la pathologie placentaire ainsi qu’une plus petite taille des portées chez les souris p57-/+ sédentaire. L’ExT prévient la RCIU ainsi que tous les paramètres mentionnés ci-haut. Nous avons observé que l'expression du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire, un régulateur clé de l'angiogenèse lors de la croissance placentaire, était réduite dans le placenta des souris p57-/+ et normalisée par l’ExT. Nous avons également trouvé que l'expression en ARN dans le placenta de 2 facteurs inflammatoires (interleukine-1β et MCP-1) était augmenté chez les souris sédentaires p57-/+ alors que ceci n’était pas présent chez les souris entraînées, ce qui suggère que l'inflammation placentaire peut contribuer à la pathologie placentaire. Toutefois, contrairement aux souris R+A+, le système rénine-angiotensine placentaire chez les souris p57-/+ était normale et aucun effet de l’ExT a été observé. Ces résultats suggèrent que l’ExT prévient la RCIU en normalisant la pathologie placentaire, l’angiogenèse et l’inflammation placentaire.

Influence of laparoscopy and laparotomy on gasometry, leukocytes and cytokines in a rat abdominal sepsis model

Laparoscopic surgery is associated with reduced surgical trauma, and less acute phase response, as compared with open surgery. Cytokines are important regulators of the biological response to surgical and anesthetic stress. The aim of this study was to determine if CO2 pneumoperitoneum would change cytokine expression, gas parameters and leukocyte count in septic rats. Methods: Wistar rats were randomly assigned to five groups: control (anesthesia only), laparotomy, CO2 pneumoperitoneum, cecum ligation and puncture by laparotomy, and laparoscopic cecum ligation and puncture. After 30 min of the procedures, arterial blood samples were obtained to determine leukocytes subpopulations by hemocytometer. TNFα, IL-1β, IL-6 were determined in intraperitoneal fluid (by ELISA). Gas parameters were measured on arterial blood, intraperitoneal and subperitoneal exsudates. Results: Peritoneal TNFα, IL-1β and IL-6 concentrations were lower in pneumoperitoneum rats than in all other groups (p<0.05). TNFα, IL-1β and IL-6 expression was lower in the laparoscopic than in laparotomic sepsis (p<0.05). Rats from laparoscopic cecum ligation and puncture group developed significant hypercarbic acidosis in blood and subperitoneal fluid when compared to open procedure group. Total white blood cells and lymphocytes were significantly lower in laparoscopic cecum ligation and puncture rats than in the laparotomic (p<0.01). Nevertheless, the laparotomic cecum ligation rats had a significant increase in blood neutrophils and eosinophils when compared with controls (p<0.05). Conclusions: This study demonstrates that the CO2 pneumoperitoneum reduced the inflammatory response in an animal model of peritonitis with respect to intraperitoneal cytokines, white blood cell count and clinical correlates of sepsis. The pneumoperitoneum produced hypercarbic acidosis in septic animals

Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle du rat à 7T

Des métastases cérébrales vont se développer chez 10 à 30% des patients atteints de cancer. La radiothérapie fait partie des possibilités de traitement, et ceci même si les dommages induits au cerveau par des rayonnements ionisants sont potentiellement importants. Nous proposons l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) sur le rat pour mieux comprendre ces effets. Ce mémoire traite de la mise en place d’un tel protocole d’IRMf. Les principaux points abordés sont la préparation de l’animal, les différentes insultes et stimulations sensorielles possibles ainsi que la méthode d’acquisition. Notre protocole d’insulte hyperoxique permet de déceler des dommages physiques d’origine vasculaire suite à une intense irradiation dans le cerveau du rat. Toutefois, la même procédure associée à une stimulation mécanique de la patte arrière de l’animal n’amène pas de changement observable à l’IRMf sur un sujet sain. Malgré tout, ce type de stimulation induit une réponse respiratoire, même sous anesthésie d’isoflurane. Une telle méthode n’est donc pas adéquate à l’étude d’animaux anesthésiés, surtout ceux dont la réponse cérébrale pourra avoir été réduite par une irradiation. Quelques améliorations et modifications du protocole seraient possiblement à même de permettre une mesure reproductible de la réponse d’IRMf à une stimulation sensorielle. Le présent mémoire décrit les tentatives de mise en place d’une stimulation sensorielle donnant lieu à une activation IRMf reproductible et localisée. De plus, un protocole de traitement d’image adapté au petit animal ainsi qu’une implémentation de la méthode keyhole ont été mis en place. L’insulte hyperoxique et ses effets sur le cerveau de rat ont été explorés plus en détail.

Étude des projections axonales sérotoninergiques dans un modèle murin de la maladie de Parkinson et des dyskinésies induites par la lévodopa

OBJECTIFS: La libération de dopamine par les afférences à sérotonine (5-HT) du striatum constitue un déterminant pré-synaptique important des dyskinésies induites par la L-Dopa (DILs), un effet délétère du traitement pharmacologique de la maladie de Parkinson. En effet, les axones 5-HT seraient en mesure de libérer de façon non-physiologique de la dopamine lorsque la L-Dopa est administrée au patient, contribuant ainsi à l’expression des DILs. Certaines afférences striatales 5-HT contiennent un transporteur vésiculaire du glutamate (VGluT3) et nous croyons que sa présence puisse avoir un effet synergique sur la libération de dopamine. L’objectif général de ce mémoire est donc d’évaluer la quantité de VGluT3 présent au sein des axones 5-HT et de mesurer son implication dans l’expression des DILs. MÉTHODES : Dix-huit souris C57/Bl6 ont été séparées en trois groupes expérimentaux. Douze souris ont reçu une injection intracérébrale de 6- hydroxydopamine (6-OHDA) dans le faisceau prosencéphalique médian afin de léser les afférences dopaminergiques du striatum. Six souris lésées ont reçu des injections systémiques de L-Dopa (12 jours, 1 fois/jour). Six autres souris ont reçu une injection intracérébrale du véhicule afin de servir de contrôle. La sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par la L-Dopa (équivalent des dyskinésies) a été quantifiée selon une échelle reconnue. Un double marquage en immunofluorescence pour le transporteur membranaire de la 5-HT (SERT) et le VGluT3 a permis d’évaluer la densité des varicosités SERT+ et SERT+/VGluT3+ dans le striatum dorsal et de comparer ces données entre les trois groupes expérimentaux. RÉSULTATS: Chez les trois groupes de souris, un faible pourcentage des varicosités axonales 5-HT sont également VGluT3+. Ces varicosités doublement marquées sont souvent retrouvées sur une même branche axonale. Aucune différence significative n’a été observée entre les trois groupes expérimentaux en ce qui a trait à la proportion de varicosités SERT+ qui contiennent le VGluT3+. CONCLUSION: Nos données expérimentales ne nous permettent pas de conclure que la densité des varicosités axonales SERT+ ou SERT+/VGluT3+ au sein du striatum dorsal varie en fonction de la sévérité des mouvements involontaires anormaux induits par l’administration de L-Dopa.

Agrandissement des feuillets mitraux en insuffisance aortique : un mécanisme actif pouvant prévenir l’insuffisance mitrale dans le ventricule dilaté

L’insuffisance mitrale (IM) fonctionnelle est une complication fréquente des cardiopathies, causée par la dilatation du ventricule gauche (VG) qui empêche la valve de se fermer. L’insuffisance aortique (IA) est une condition associée à des valves mitrales (VM) inhabituellement grandes, et relativement peu d’IM malgré des VG très dilatés. Cet élargissement de la VM a le potentiel de prévenir l’IM dans les VG dilatés. Les mécanismes sont cependant peu compris : il n’est pas clair s’il s’agit d’une croissance active ou d’un étirement passif des feuillets. Également, le timing de l’adaptation valvulaire n’est pas connu. Notre hypothèse est que l’agrandissement de la valve mitrale en IA est un phénomène actif avec réactivation des mécanismes de croissance embryonnaire. Cent-onze rats ont été divisés en deux groupes : IA (perforation aortique) et contrôle. Les animaux ont été sacrifiés à 48 h, 1 semaine et 3 mois après la création du modèle. Des échocardiographies ont évalué la sévérité de l’IA, la présence d’IM et les dimensions du VG. Les valves ont été prélevées pour analyses microscopiques et moléculaires. La création de l’insuffisance aortique a entrainé une dilatation et une hypertrophie du VG. Malgré cette dilatation rapide du VG, aucun animal n’a développé de l’IM fonctionnelle. À l’échographie, le feuillet antérieur mitral était significativement plus long dans les groupes IA. Par microscopie, les feuillets étaient plus épais dés la première semaine. L’IA était associée à une surexpression de collagène α-SMA (un marqueur de myofibroblastes), TGF-β1 et MMP-2 dans le tissu valvulaire dès la première semaine. Les valves exposées à l’IA étaient également positives pour ces différents facteurs dés les premiers jours. L’agrandissement de la VM est un phénomène actif qui survient rapidement après la création de l’IA, en parallèle de la dilatation du VG. La stimulation de cette croissance dans d’autres pathologies pourrait contribuer à prévenir l’IM fonctionnelle.

Exploration d’un modèle d’étude simplifié de la spermiogenèse par l’utilisation de la levure à fission

Résumé: Les cellules germinales mâles remodèlent leur chromatine pour compacter leur noyau afin de protéger leur matériel génétique et assurer un transit optimal vers le gamète femelle. Il a été démontré que tous les spermatides de plusieurs mammifères, incluant l’homme et la souris, présentaient ce mécanisme de remodelage de la chromatine. Celui-ci est caractérisé par une augmentation transitoire de cassures d’ADN dont une quantité importante sont bicaténaires. Ce remodelage chromatinien a été étudié et semble être conservé chez plusieurs espèces, allant de l’algue à l’humain. Dans le contexte de la recherche fondamentale sur le phénomène de la spermiogenèse, il devient parfois très difficile d’investiguer certains aspects importants en vertu de l’impossibilité de réaliser des manipulations génétiques simples. Il est donc impératif de développer un nouveau modèle d’étude plus permissif afin de palier à ces difficultés encourues. Comme le processus de maturation des spores chez la levure à fission présente de grandes similitudes avec la spermiogenèse des mammifères, l’utilisation d’un modèle d’étude basé sur la sporulation de la levure à fission Schizosaccharomyces pombe a été proposée comme modèle comparatif de la spermatogenèse murine. À la suite de la synchronisation de la méiose de la souche S. pombe pat1-114, des analyses d’électrophorèse en champ pulsé (PFGE) et de qTUNEL ont permis de déterminer la présence de cassures bicaténaires transitoires de l’ADN lors de la maturation post-méiotique des ascospores nouvellement formés (t>7h). Des analyses par immunobuvardages dirigés contre le variant d’histones H2AS129p suggère la présence d’un remodelage chromatinien postméiotique dix heures suivant l’induction de la méiose, corroborant le modèle murin. Enfin, des analyses protéomiques couplées à l’analyse par spectrométrie de masse ont permis de proposer l’endonucléase Pnu1 comme candidat potentiellement responsable des cassures bicaténaires transitoires dans l’ADN des ascospores en maturation. En somme, bien que le processus de maturation des spores soit encore bien méconnu, quelques parallèles peuvent être tracés entre la maturation des ascospores de la levure à fission et la spermiogenèse des eucaryotes supérieurs. En identifiant un modèle simple du remodelage chromatinien au niveau de la spermiogenèse animale, on s’assurerait ainsi d’un outil beaucoup plus malléable et versatile pour l’étude fondamentale des événements survenant lors de la spermiogenèse humaine.