Mechanism of Inducible Costimulator (ICOS)-mediated calcium signaling

Le Costimulateur Inductible (ICOS) est un récepteur exprimé à la surface des cellules T CD4 auxiliaires et T CD8 cytotoxiques. Il fut démontré à l’aide de modèles murins de transplantation de moelle osseuse que ICOS joue un rôle important dans l’induction de la maladie du greffon contre l’hôte aigüe (GVHD). ICOS potentialise deux signaux médiés par le récepteur de cellules T (TCR) : l’activation de la phosphoinositide 3-kinase (PI3K) ainsi que la mobilisation interne de calcium. En conditions in vitro, dans les cellules CD4 et CD8, ICOS réussi à potentialiser le flux de calcium médié par le TCR indépendamment de PI3K. La voie de signalisation de ICOS impliquée dans la GVHD demeure inconnue. Cependant, en utilisant une lignée de souris ‘knock-in’ nommée ICOS-Y181F, dans laquelle le cellules T ont sélectivement perdu la capacité d’activer PI3K par l’entremise d’ICOS, nous avons démontré que les cellules T peuvent utiliser un mécanisme ICOS indépendant de PI3K afin d’induire la GVHD. La mobilisation interne du Ca2+ mène à l’activation de NFAT, un facteur de transcription clé régulant des gènes comme IFN-γ, qui exprime une des cytokines clés impliquées dans la GVHD. Nous émettons comme hypothèse que la capacité pathogénique intacte des cellules T ICOSY181F à induire la GVHD, repose sur la signalisation du Ca2+ indépendante de PI3K. Le but de mon projet est d’identifier les résidus responsables de cette signalisation de Ca2+ médiée par ICOS ainsi que le mécanisme par lequel ce récepteur fonctionne. À l’aide de la mutagénèse dirigée, j’ai généré des mutants d’ICOS et j’ai analysé par cytométrie en flux leur capacité à activer le flux de Ca2+. J’ai ainsi identifié un groupe de lysine sur la queue cytoplasmique d’ICOS situé à proximité de la membrane comme étant essentiel à la fonction de potentialisation du flux de Ca2+. Je fournis également des preuves de l’implication de la kinase Lck, membre de la famille de kinases Src, dans la voie de signalisation de ICOS médiant la potentialisation du flux de Ca2+. Ainsi, ICOS s’associe à Lck et mène à une augmentation de l’activation de PLCγ1, la protéine effectrice clé causant la sortie de Ca2+ de la réserve intracellulaire. En conclusion, notre étude permet de comprendre davantage une des voies de signalisation d’ICOS. L’influx de Ca2+ dans les cellules T implique la voie ICOS-Lck-PLCγ1. Une compréhension plus approfondie de cette voie de signalisation pourrait s’avérer bénéfique afin d’élaborer de nouvelles stratégies menant à la prévention de maladies reliées à ICOS, comme la GVHD.

Role of Reactive Gliosis and Neuroinflammation in Experimental Glaucoma

Le glaucome est la principale cause de cécité irréversible dans le monde. Chez les patients atteints de cette pathologie, la perte de la vue résulte de la mort sélective des cellules ganglionnaires (CGR) de la rétine ainsi que de la dégénérescence axonale. La pression intraoculaire élevée est considérée le facteur de risque majeur pour le développement de cette maladie. Les thérapies actuelles emploient des traitements pharmacologiques et/ou chirurgicaux pour diminuer la pression oculaire. Néanmoins, la perte du champ visuel continue à progresser, impliquant des mécanismes indépendants de la pression intraoculaire dans la progression de la maladie. Il a été récemment démontré que des facteurs neuroinflammatoires pourraient être impliqués dans le développement du glaucome. Cette réponse est caractérisée par une régulation positive des cytokines pro-inflammatoires, en particulier du facteur de nécrose tumorale alpha (TNFα). Cependant, le mécanisme par lequel le processus neuroinflammatoire agit sur la mort neuronale reste à clarifier. L’hypothèse principale de ce doctorat propose que les facteurs pro-inflammatoires comme le TNFα et la phosphodiestérase 4 (PDE4) interagissent avec les mécanismes moléculaires de la mort neuronale, favorisant ainsi la survie et la protection des CGRs au cours du glaucome. Dans la première partie de ma thèse, J’ai utilisé un modèle in vivo de glaucome chez des rats Brown Norway pour montrer que l’expression du TNFα est augmentée après l'induction de l'hypertension oculaire. L'hypothèse spécifique de cette étude suggère que les niveaux élevés de TNFα provoquent la mort des CGRs en favorisant l'insertion de récepteurs AMPA perméables au calcium (CP-AMPAR) à la membrane cytoplasmique. Pour tester cette hypothèse, j’ai utilisé un inhibiteur sélectif de la forme soluble du TNFα, le XPro1595. L'administration de cet agent pharmacologique a induit une protection significative des somas et des axones des neurones rétiniens. L'évaluation de la perméabilité au cobalt a montré que le TNFα soluble est impliqué dans l'insertion de CP-AMPAR à la membrane des CGRs lors du glaucome. L’exposition des neurones à une pression oculaire élevée est à l’origine de la hausse de la densité membranaire des CP-AMPARs, grâce à une diminution de l’expression de la sous-unité GluA2. La présence de GluA2 au sein du récepteur ne permet pas l’entrée du calcium à l’intérieur de la cellule. L'administration intraoculaire d’antagonistes spécifiques des CP-AMPARs promeut la protection des somas et des axones des CGRs. Ces résultats montrent que les CP-AMPARs jouent un rôle important dans la pathologie du glaucome. Dans la deuxième partie de ma thèse, j’ai caractérisé l'effet neuroprotecteur d’un inhibiteur de la PDE4, l’ibudilast, dans notre modèle de glaucome. L'hypothèse spécifique s’oriente vers une atténuation de la réponse neuroinflammatoire et de la gliose par l’administration d’ibudilast, favorisant ainsi la protection neuronale. Les résultats montrent que dans les rétines glaucomateuses, l’ibudilast diminue la gliose et l'expression de plusieurs facteurs tels que le TNFα, l'interleukine-1β (IL-1β), l’interleukine-6 (IL-6) et le facteur inhibiteur de la migration des macrophages (MIF). Chez les rats glaucomateux, nous avons observé une expression notable de PDE4A dans les cellules de Müller, qui est en corrélation avec l'accumulation de l’AMP cyclique (AMPc) dans ces cellules après un traitement d’ibudilast. Finalement, nous avons démontré que la protection des CGRs via l’administration d’ibudilast est un mécanisme dépendent de l’AMPc et de la protéine kinase A (PKA). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse identifient deux mécanismes différents impliqués dans la perte des CGRs au cours du glaucome. Ces mécanismes pourraient fournir des perspectives potentielles pour le développement de nouvelles stratégies de traitement du glaucome.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Muscarinic M1 and M3 Receptors,IP3 and cGMP Functional Regulation in Streptozotocin Induced Diabetic Rats: Insulin and Somatotropin Induced Rejuvenation as a Function of Age

The present study describes that acetylcholine through muscarinic Ml and M3 receptors play an important role in the brain function during diabetes as a function of age. Cholinergic activity as indicated by acetylcholine esterase, a marker for cholinergic function, decreased in the brain regions - the cerebral cortex, brainstem and corpus striatum of old rats compared to young rats. in diabetic condition, it was increased in both young and old rats in cerebral cortex, and corpus striatum while in brainstem it was decreased. The functional changes in the muscarinic receptors were studied in the brain regions and it showed that muscarinic M I receptors of old rats were down regulated in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem it was up regulated. Muscarinic M3 receptors of old rats showed no significant change in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem muscarinic receptors were down regulated. During diabetes, muscarinic M I receptors were down regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were up regulated. In old rats, M I receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and in brainstem they were down regulated. Muscarinic M3 receptors were up regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were down regulated. In old rats, muscarinic M l receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and brainstem. In insulin treated diabetic rats the activity of the receptors were reversed to near control. Pancreatic muscarinic M3 receptor activity increased in the pancreas of both young and old rats during diabetes. In vitro studies using carbachol and antagonists for muscarinic Ml and M3 receptor subtypes confirmed the specific receptor mediated neurotransmitter changes during diabetes. Calcium imaging studies revealed muscarinic M I mediated Ca2 + release from the pancreatic islet cells of young and old rats. Electrophysiological studies using EEG recording in young and old rats showed a brain activity difference during diabetes. Long term low dose STH and INS treated rat brain tissues were used for gene expression of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDARl, mGlu-5,alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors to observe the neurotransmitter receptor functional interrelationship for integrating memory, cognition and rejuvenating brain functions in young and old. Studies on neurotransmitter receptor interaction pathways and gene expression regulation by second messengers like IP3 and cGMP in turn will lead to the development of therapeutic agents to manage diabetes and brain activity.From this study it is suggested that functional improvement of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDAR1, mGlu-5, alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors mediated through IP3 and cGMP will lead to therapeutic applications in the management of diabetes. Also, our results from long term low dose STH and INS treatment showed rejuvenation of the brain function which has clinical significance in maintaining healthy period of life as a function of age.

Sugammadex versus neostigmina en la reversión de la relajación neuromuscular en neurocirugía. Experimento clínico. Reporte preliminar

Existen grupos quirúrgicos específicos donde es mandatorio el uso de relajantes neuromusculares no despolarizantes, como es el caso de los pacientes llevados a procedimiento de neurocirugía; debido a sus características particulares el rocuronio es una buena alternativa para este tipo de procedimientos, ya sea en bolos o en infusión. Sin embargo la relajación residual y los efectos adversos de los medicamentos para revertir la relajación neuromuscular deben tenerse en cuenta en este grupo de pacientes en particular. El presente trabajo busca comparar la reversión de la relajación de infusiones de rocuronio, con Neostigmina mas Atropina vs la reversión con Sugammadex en pacientes llevados a manejo quirúrgico de lesiones supratentoriales por parte del servicio de neurocirugía de la Fundación Cardioinfantil, evaluando complicaciones durante la administración de los medicamentos y 24 horas posoperatorias, así como los tiempos para extubación y salida de salas de cirugía. Estudio con características de experimento prospectivo, aleatorizado, ciego, controlado. En este documento se realiza un reporte preliminar descriptivo de 14 pacientes reclutados hasta la actualidad.

Calcium carbonate solubilization through H-proton release from some legumes grown in calcareous saline-sodic soils

Increasing levels of CO2 and H+ proton in the rhizosphere from some legumes may play an important role in calcite dissolution of calcareous salt affected soils. Soils planted with white and brown varieties of cowpea (Vigna unguiculata L.) and hyacinth bean (Dolichos lablab L.) relying on either fertilizer N (KNO3) or N-fixation were compared against soils to which gypsum was applied and a control without plants and gypsum application to study the possibility of Ca2+ release from calcite and Na+ leaching. As compared to plants relying on inorganic N, leachates from all pore volumes (0·5, 1·0, 1·5, 2·0 pore volume) in lysimeters planted with N-fixing hyacinth bean contained significantly higher concentrations of HCO with lower concentrations from lysimeters planted with white cowpea relying on N-fixation. However, the lowest concentrations of HCO were recorded in the gypsum and control treatments. In initial leaching, lysimeters planted with N-fixing plants maintained similar leachate Ca2+ and Na+ concentrations compared to gypsum amended soils. However, gypsum amended soils were found to have a prolonged positive effect on Na+ removal. It might be concluded that some legumes that are known to fix N in calcareous salt affected soils may be an alternative ameliorant to the extremely expensive gypsum through calcite solubilization and a consequent release of Ca2+.

Tumour necrosis factor alpha induces rapid reduction in AMPA receptor-mediated calcium entry in motor neurones by increasing cell surface expression of the GluR2 subunit: relevance to neurodegeneration

The AMPA receptor (AMPAR) subunit GluR2, which regulates excitotoxicity and the inflammatory cytokine tumour necrosis factor alpha (TNF alpha) have both been implicated in motor neurone vulnerability in Amyotrophic Lateral Sclerosis/Motor Neurone Disease. TNF alpha has been reported to increase cell surface expression of AMPAR subunits to increase synaptic strength and enhance excitotoxicity, but whether this mechanism occurs in motor neurones is unknown. We used primary cultures of mouse motor neurones and cortical neurones to examine the interaction between TNF alpha receptor activation, GluR2 availability, AMPAR-mediated calcium entry and susceptibility to excitotoxicity. Short exposure to a physiologically relevant concentration of TNFalpha (10 ng/ml, 15 min) caused a marked redistribution of both GluR1 and GluR2 to the cell surface as determined by cell surface biotinylation and immunofluorescence. Using Fura-2 AM microfluorimetry we showed that exposure to TNFalpha caused a rapid reduction in the peak amplitude of AMPA-mediated calcium entry in a PI3-kinase and p38 kinase-dependent manner, consistent with increased insertion of GluR2-containing AMPAR into the plasma membrane. This resulted in a protection of motor neurones against kainate-induced cell death. Our data therefore, suggests that TNF alpha acts primarily as a physiological regulator of synaptic activity in motor neurones rather than a pathological drive in ALS

Comparison of ammonium lactate, sodium bicarbonate and double calcium lactate methods for extraction of phosphorus from wetland peat soils

Procedures for routine analysis of soil phosphorus (P) have been used for assessment of P status, distribution and P losses from cultivated mineral soils. No similar studies have been carried out on wetland peat soils. The objective was to compare extraction efficiency of ammonium lactate (PAL), sodium bicarbonate (P-Olsen), and double calcium lactate (P-DCaL) and P distribution in the soil profile of wetland peat soils. For this purpose, 34 samples of the 0-30, 30-60 and 60-90 cm layers were collected from peat soils in Germany, Israel, Poland, Slovenia, Sweden and the United Kingdom and analysed for P. Mean soil pH (CaCl2, 0.01 M) was 5.84, 5.51 and 5.47 in the 0-30, 30-60 and 60-90 cm layers, respectively. The P-DCaL was consistently about half the magnitude of either P-AL or P-Olsen. The efficiency of P extraction increased in the order P-DCaL < P-AL &LE; P-Olsen, with corresponding means (mg kg(-1)) for all soils (34 samples) of 15.32, 33.49 and 34.27 in 0-30 cm; 8.87, 17.30 and 21.46 in 30-60 cm; and 5.69, 14.00 and 21.40 in 60-90 cm. The means decreased with depth. When examining soils for each country separately, P-Olsen was relatively evenly distributed in the German, UK and Slovenian soils. P-Olsen was linearly correlated (r = 0.594, P = 0.0002) with pH, whereas the three P tests (except P-Olsen vs P-DCaL) significantly correlated with each other (P = 0.017850.0001). The strongest correlation (r = 0.617, P = 0.0001) was recorded for P-AL vs P-DCaL) and the two methods were inter-convertible using a regression equation: P-AL = -22.593 + 5.353 pH + 1.423 P-DCaL, R-2 = 0.550.

Uneven distribution of nutrients in the root zone affects the incidence of blossom end rot and concentration of calcium and potassium in fruits of tomato

Tomato plants ( Lycopersicon esculentum Mill. var. DRK) were grown hydroponically to determine the effect of an uneven distribution of nutrients in the root zone on blossomend rot (BER) and Ca and K concentrations in the fruits. The plants were grown in rockwool with their root system divided into two portions. Each portion was irrigated with nutrient solutions with either the same or the different electrical conductivity (EC) in the range 0 to 6 dS m(-1). Solutions with high EC supplied to both sides of the root system significantly increased the incidence of BER. However, when only water or a solution of low EC was supplied to one portion, BER was reduced by 80%. Fruit yields were significantly higher ( P < 0.01) for plants that received solutions of the uneven EC treatments (6/0 or 4.5/0 EC treatment). Plants supplied with solutions of uneven EC generally had higher leaf and fruit concentrations of Ca but lower concentrations of K than those supplied with solutions of high EC. There was no difference in Ca concentration at the distal end of young fruits of the uneven EC treatment but it was reduced in the high EC treatments. The concentration of K in the mature fruits of the uneven EC treatments was lower than that of the high EC treatments and higher or similar that of the 3/3 or 2.5/2.5 EC treatments ( controls). A clear relationship was found between the incidence of BER and the exudation rate. High rate of xylem exudation was observed in the uneven EC treatments. Reduction of BER in the uneven EC treatments is most likely to be the effect of high exudation rate on Ca status in the young fruits. It was concluded that high EC of solution had positive effects on Ca concentration and incidence of BER provided that nutrient solution with low EC or water is supplied to the one portion of the root system.

The effect of calcium removal from milk on casein micelle stability and structure

The total calcium level of raw skimmed milk was reduced by 10, 19, 29, 40 and 51% using Duolite® ion-exchange resin. The products were examined for concentrations of ionic calcium, sodium and potassium and the pH, ethanol stability, micelle diameter and ζ-potential were also measured. Ionic calcium decreased with removal of calcium and pH increased. Calcium removal resulted in an increase in the ethanol stability from 88% to above 100%. Casein micelle diameter increased as calcium was removed. The ζ-potential of the skimmed bulk milk was -24.4 mV, gradually becoming more negative with calcium removal to -30.6 mV after 51% calcium removal. The milk became more translucent as calcium was removed. To investigate the reversibility of this process, calcium chloride was added back to the depleted samples to restore their original total calcium content. At 51% removal, restoration of the total calcium level resulted in formation of clots. At levels of 10 and 19% calcium removal, the ethanol stability remained above 100%, but at higher levels of calcium removal the alcohol stability was adversely affected when the calcium was added back. Adding back calcium resulted in partial restoration of the original casein micelle diameter.

Effects of different calcium salts on properties of milk related to heat stability

Insoluble calcium salts were added to milk to increase total calcium by 30 mM, without changing properties influencing heat stability, such as pH and ionic calcium. There were no major signs of instability associated with coagulation, sediment formation or fouling when subjected to ultra high temperature (UHT) and in-container sterilisation. The buffering capacity was also unaltered. On the other hand, addition of soluble calcium salts reduced pH, increased ionic calcium and caused coagulation to occur. Calcium chloride showed the largest destabilising effect, followed by calcium lactate and calcium gluconate. Milk became unstable to UHT processing at lower calcium additions compared to in-container sterilisation.

Measurement of ionic calcium, pH and soluble divalent cations in milk at high temperature

Dialysis and ultrafiltration were investigated as methods for measuring pH and ionic calcium and partitioning of divalent cations of milk at high temperatures. It was found that ionic calcium, pH, and total soluble divalent cations decreased as temperature increased between 20 and 80°C in both dialysates and ultrafiltration permeates. Between 90 and 110°C, ionic calcium and pH in dialysates continued to decrease as temperature increased, and the relationship between ionic calcium and temperature was linear. The permeabilities of hydrogen and calcium ions through the dialysis tubing were not changed after the tubing was sterilized for 1h at 120°C. There were no significant differences in pH and ionic calcium between dialysates from raw milk and those from a range of heat-treated milks. The effects of calcium chloride addition on pH and ionic calcium were measured in milk at 20°C and in dialysates collected at 110°C. Heat coagulation at 110°C occurred with addition of calcium chloride at 5.4mM, where pH and ionic calcium of the dialysate were 6.00 and 0.43mM, respectively. Corresponding values at 20°C were pH 6.66 and 2.10mM.