Creation of an Age-Adjusted, Dual-Energy X-ray Absorptiometry-Derived Trabecular Bone Score Curve for the Lumbar Spine in Non-Hispanic US White Women.

The trabecular bone score (TBS, Med-Imaps, Pessac, France) is an index of bone microarchitecture texture extracted from anteroposterior dual-energy X-ray absorptiometry images of the spine. Previous studies have documented the ability of TBS of the spine to differentiate between women with and without fractures among age- and areal bone mineral density (aBMD)-matched controls, as well as to predict future fractures. In this cross-sectional analysis of data collected from 3 geographically dispersed facilities in the United States, we investigated age-related changes in the microarchitecture of lumbar vertebrae as assessed by TBS in a cohort of non-Hispanic US white American women. All subjects were 30 yr of age and older and had an L1-L4aBMDZ-score within ±2 SD of the population mean. Individuals were excluded if they had fractures, were on any osteoporosis treatment, or had any illness that would be expected to impact bone metabolism. All data were extracted from Prodigy dual-energy X-ray absorptiometry devices (GE-Lunar, Madison, WI). Cross-calibrations between the 3 participating centers were performed for TBS and aBMD. aBMD and TBS were evaluated for spine L1-L4 but also for all other possible vertebral combinations. To validate the cohort, a comparison between the aBMD normative data of our cohort and US non-Hispanic white Lunar data provided by the manufacturer was performed. A database of 619 non-Hispanic US white women, ages 30-90 yr, was created. aBMD normative data obtained from this cohort were not statistically different from the non-Hispanic US white Lunar normative data provided by the manufacturer (p = 0.30). This outcome thereby indirectly validates our cohort. TBS values at L1-L4 were weakly inversely correlated with body mass index (r = -0.17) and weight (r = -0.16) and not correlated with height. TBS values for all lumbar vertebral combinations decreased significantly with age. There was a linear decrease of 16.0% (-2.47 T-score) in TBS at L1-L4 between 45 and 90 yr of age (vs. -2.34 for aBMD). Microarchitectural loss rate increased after age 65 by 50% (-0.004 to -0.006). Similar results were obtained for other combinations of lumbar vertebra. TBS, an index of bone microarchitectural texture, decreases with advancing age in non-Hispanic US white women. Little change in TBS is observed between ages 30 and 45. Thereafter, a progressive decrease is observed with advancing age. The changes we observed in these American women are similar to that previously reported for a French population of white women (r(2) > 0.99). This reference database will facilitate the use of TBS to assess bone microarchitectural deterioration in clinical practice.

Compartmentalized Cerebral Metabolism of [1,6-(13)C]Glucose Determined by in vivo (13)C NMR Spectroscopy at 14.1 T.

Cerebral metabolism is compartmentalized between neurons and glia. Although glial glycolysis is thought to largely sustain the energetic requirements of neurotransmission while oxidative metabolism takes place mainly in neurons, this hypothesis is matter of debate. The compartmentalization of cerebral metabolic fluxes can be determined by (13)C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy upon infusion of (13)C-enriched compounds, especially glucose. Rats under light α-chloralose anesthesia were infused with [1,6-(13)C]glucose and (13)C enrichment in the brain metabolites was measured by (13)C NMR spectroscopy with high sensitivity and spectral resolution at 14.1 T. This allowed determining (13)C enrichment curves of amino acid carbons with high reproducibility and to reliably estimate cerebral metabolic fluxes (mean error of 8%). We further found that TCA cycle intermediates are not required for flux determination in mathematical models of brain metabolism. Neuronal tricarboxylic acid cycle rate (V(TCA)) and neurotransmission rate (V(NT)) were 0.45 ± 0.01 and 0.11 ± 0.01 μmol/g/min, respectively. Glial V(TCA) was found to be 38 ± 3% of total cerebral oxidative metabolism, accounting for more than half of neuronal oxidative metabolism. Furthermore, glial anaplerotic pyruvate carboxylation rate (V(PC)) was 0.069 ± 0.004 μmol/g/min, i.e., 25 ± 1% of the glial TCA cycle rate. These results support a role of glial cells as active partners of neurons during synaptic transmission beyond glycolytic metabolism.

Stem cell transplantation in brain tumors: a new field for molecular imaging?

Neural stem cells have been proposed as a new and promising treatment modality in various pathologies of the central nervous system, including malignant brain tumors. However, the underlying mechanism by which neural stem cells target tumor areas remains elusive. Monitoring of these cells is currently done by use of various modes of molecular imaging, such as optical imaging, magnetic resonance imaging and positron emission tomography, which is a novel technology for visualizing metabolism and signal transduction to gene expression. In this new context, the microenvironment of (malignant) brain tumors and the blood-brain barrier gains increased interest. The authors of this review give a unique overview of the current molecular-imaging techniques used in different therapeutic experimental brain tumor models in relation to neural stem cells. Such methods for molecular imaging of gene-engineered neural stem/progenitor cells are currently used to trace the location and temporal level of expression of therapeutic and endogenous genes in malignant brain tumors, closing the gap between in vitro and in vivo integrative biology of disease in neural stem cell transplantation.

Brain-derived neurotrophic factor enhances the hippocampal expression of key postsynaptic proteins in vivo including the monocarboxylate transporter MCT2.

Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) promotes synaptic plasticity via an enhancement in expression of specific synaptic proteins. Recent results suggest that the neuronal monocarboxylate transporter MCT2 is a postsynaptic protein critically involved in synaptic plasticity and long-term memory. To investigate in vivo whether BDNF can modulate the expression of MCT2 as well as other proteins involved in synaptic plasticity, acute injection of BDNF was performed in mouse dorsal hippocampal CA1 area. Using immunohistochemistry, it was found that MCT2 expression was enhanced in part of the CA1 area and in the dentate gyrus 6 h after a single intrahippocampal injection of BDNF. Similarly, expression of the immediate early genes Arc and Zif268 was enhanced in the same hippocampal areas, in accordance with their role in synaptic plasticity. Immunoblot analysis confirmed the significant enhancement in MCT2 protein expression. In contrast, no changes were observed for the glial monocarboxylate transporters MCT1 and MCT4. When other synaptic proteins were investigated, it was found that postsynaptic density 95 (PSD95) and glutamate receptor 2 (GluR2) protein levels were significantly enhanced while no effect could be detected for synaptophysin, synaptosomal-associated protein 25 (SNAP25), αCaMKII and GluR1. These results demonstrate that MCT2 expression can be upregulated together with other key postsynaptic proteins in vivo under conditions related to synaptic plasticity, further suggesting the importance of energetics for memory formation.

Effect of carbohydrate overfeeding on whole body macronutrient metabolism and expression of lipogenic enzymes in adipose tissue of lean and overweight humans

OBJECTIVE: Lipids stored in adipose tissue can originate from dietary lipids or from de novo lipogenesis (DNL) from carbohydrates. Whether DNL is abnormal in adipose tissue of overweight individuals remains unknown. The present study was undertaken to assess the effect of carbohydrate overfeeding on glucose-induced whole body DNL and adipose tissue lipogenic gene expression in lean and overweight humans. DESIGN: Prospective, cross-over study. SUBJECTS AND METHODS: A total of 11 lean (five male, six female, mean BMI 21.0+/-0.5 kg/m(2)) and eight overweight (four males, four females, mean BMI 30.1+/-0.6 kg/m(2)) volunteers were studied on two occasions. On one occasion, they received an isoenergetic diet containing 50% carbohydrate for 4 days prior to testing; on the other, they received a hyperenergetic diet (175% energy requirements) containing 71% carbohydrates. After each period of 4 days of controlled diet, they were studied over 6 h after having received 3.25 g glucose/kg fat free mass. Whole body glucose oxidation and net DNL were monitored by means of indirect calorimetry. An adipose tissue biopsy was obtained at the end of this 6-h period and the levels of SREBP-1c, acetyl CoA carboxylase, and fatty acid synthase mRNA were measured by real-time PCR. RESULTS: After isocaloric feeding, whole body net DNL amounted to 35+/-9 mg/kg fat free mass/5 h in lean subjects and to 49+/-3 mg/kg fat free mass/5 h in overweight subjects over the 5 h following glucose ingestion. These figures increased (P<0.001) to 156+/-21 mg/kg fat free mass/5 h in lean and 64+/-11 mg/kg fat free mass/5 h (P<0.05 vs lean) in overweight subjects after carbohydrate overfeeding. Whole body DNL after overfeeding was lower (P<0.001) and glycogen synthesis was higher (P<0.001) in overweight than in normal subjects. Adipose tissue SREBP-1c mRNA increased by 25% in overweight and by 43% in lean subjects (P<0.05) after carbohydrate overfeeding, whereas fatty acid synthase mRNA increased by 66 and 84% (P<0.05). CONCLUSION: Whole body net DNL is not increased during carbohydrate overfeeding in overweight individuals. Stimulation of adipose lipogenic enzymes is also not higher in overweight subjects. Carbohydrate overfeeding does not stimulate whole body net DNL nor expression of lipogenic enzymes in adipose tissue to a larger extent in overweight than lean subjects.

Temporal changes in mRNA expression of the brain nutrient transporters in the lithium-pilocarpine model of epilepsy in the immature and adult rat.

The lithium-pilocarpine model mimics most features of human temporal lobe epilepsy. Following our prior studies of cerebral metabolic changes, here we explored the expression of transporters for glucose (GLUT1 and GLUT3) and monocarboxylates (MCT1 and MCT2) during and after status epilepticus (SE) induced by lithium-pilocarpine in PN10, PN21, and adult rats. In situ hybridization was used to study the expression of transporter mRNAs during the acute phase (1, 4, 12 and 24h of SE), the latent phase, and the early and late chronic phases. During SE, GLUT1 expression was increased throughout the brain between 1 and 12h of SE, more strongly in adult rats; GLUT3 increased only transiently, at 1 and 4h of SE and mainly in PN10 rats; MCT1 was increased at all ages but 5-10-fold more in adult than in immature rats; MCT2 expression increased mainly in adult rats. At all ages, MCT1 and MCT2 up-regulation was limited to the circuit of seizures while GLUT1 and GLUT3 changes were more widespread. During the latent and chronic phases, the expression of nutrient transporters was normal in PN10 rats. In PN21 rats, GLUT1 was up-regulated in all brain regions. In contrast, in adult rats GLUT1 expression was down-regulated in the piriform cortex, hilus and CA1 as a result of extensive neuronal death. The changes in nutrient transporter expression reported here further support previous findings in other experimental models demonstrating rapid transcriptional responses to marked changes in cerebral energetic/glucose demand.

Problems of allometric scaling analysis: examples from mammalian reproductive biology.

Biological scaling analyses employing the widely used bivariate allometric model are beset by at least four interacting problems: (1) choice of an appropriate best-fit line with due attention to the influence of outliers; (2) objective recognition of divergent subsets in the data (allometric grades); (3) potential restrictions on statistical independence resulting from phylogenetic inertia; and (4) the need for extreme caution in inferring causation from correlation. A new non-parametric line-fitting technique has been developed that eliminates requirements for normality of distribution, greatly reduces the influence of outliers and permits objective recognition of grade shifts in substantial datasets. This technique is applied in scaling analyses of mammalian gestation periods and of neonatal body mass in primates. These analyses feed into a re-examination, conducted with partial correlation analysis, of the maternal energy hypothesis relating to mammalian brain evolution, which suggests links between body size and brain size in neonates and adults, gestation period and basal metabolic rate. Much has been made of the potential problem of phylogenetic inertia as a confounding factor in scaling analyses. However, this problem may be less severe than suspected earlier because nested analyses of variance conducted on residual variation (rather than on raw values) reveals that there is considerable variance at low taxonomic levels. In fact, limited divergence in body size between closely related species is one of the prime examples of phylogenetic inertia. One common approach to eliminating perceived problems of phylogenetic inertia in allometric analyses has been calculation of 'independent contrast values'. It is demonstrated that the reasoning behind this approach is flawed in several ways. Calculation of contrast values for closely related species of similar body size is, in fact, highly questionable, particularly when there are major deviations from the best-fit line for the scaling relationship under scrutiny.

A probable dual mode of action for both L- and D-lactate neuroprotection in cerebral ischemia.

Lactate has been shown to offer neuroprotection in several pathologic conditions. This beneficial effect has been attributed to its use as an alternative energy substrate. However, recent description of the expression of the HCA1 receptor for lactate in the central nervous system calls for reassessment of the mechanism by which lactate exerts its neuroprotective effects. Here, we show that HCA1 receptor expression is enhanced 24 hours after reperfusion in an middle cerebral artery occlusion stroke model, in the ischemic cortex. Interestingly, intravenous injection of L-lactate at reperfusion led to further enhancement of HCA1 receptor expression in the cortex and striatum. Using an in vitro oxygen-glucose deprivation model, we show that the HCA1 receptor agonist 3,5-dihydroxybenzoic acid reduces cell death. We also observed that D-lactate, a reputedly non-metabolizable substrate but partial HCA1 receptor agonist, also provided neuroprotection in both in vitro and in vivo ischemia models. Quite unexpectedly, we show D-lactate to be partly extracted and oxidized by the rodent brain. Finally, pyruvate offered neuroprotection in vitro whereas acetate was ineffective. Our data suggest that L- and D-lactate offer neuroprotection in ischemia most likely by acting as both an HCA1 receptor agonist for non-astrocytic (most likely neuronal) cells as well as an energy substrate.

Cellular Mechanisms of Resveratrol's Interaction with Mitochondrial Reactive Oxygen Species Metabolism

Resveratrol, a polyphenol found naturally in red wines, has attracted great interest in both the scientific community and the general public for its reported ability to protect against many of the diseases facing Western society today. While the purported health effects of resveratrol are well characterized, details of the cellular mechanisms that give rise to these observations are unclear. Here, the mitochondrial antioxidant enzyme Mn superoxide dismutase (MnSOD) was identified as a proximal target of resveratrol in vitro and in vivo. MnSOD protein and activity levels increase significantly in cultured cells treated with resveratrol, and in the brain tissue of mice given resveratrol in a high fat diet. Preventing the increase in MnSOD levels eliminates two of resveratrol’s more interesting effects in the context of human health: inhibition of proliferative cell growth and cytoprotection. Thus, the induction of MnSOD is a critical step in the molecular mechanism of resveratrol. Mitochondrial morphology is a malleable property that is capable of impeding cell cycle progression and conferring resistance against stress induced cell death. Using confocal microscopy and a novel ‘cell free’ fusion assay it was determined that concurrent with changes in MnSOD protein levels, resveratrol treatment leads to a more fused mitochondrial reticulum. This observation may be important to resveratrol’s ability to slow proliferative cell growth and confer cytoprotection. Resveratrol's biological activities, including the ability to increase MnSOD levels, are strikingly similar to what is observed with estrogen treatment. Resveratrol fails to increase MnSOD levels, slow proliferative cell growth and confer cytoprotection in the presence of an estrogen receptor antagonist. Resveratrol's effects can be replicated with the specific estrogen receptor beta agonist diarylpropionitrile, and are absent in myoblasts lacking estrogen receptor beta. Four compounds that are structurally similar to resveratrol and seven phytoestrogens predicted to bind to estrogen receptor beta were screened for their effects on MnSOD, proliferative growth rates and stress resistance in cultured mammalian cells. Several of these compounds were able to mimic the effects of resveratrol on MnSOD levels, proliferative cell growth and stress resistance in vitro. Thus, I hypothesize that resveratrol interacts with estrogen receptor beta to induce the upregulation of MnSOD, which in turn affects cell cycle progression and stress resistance. These results have important implications for the understanding of RES’s biological activities and potential applications to human health.

Caractérisation des complexes ribonucléoprotéiques de Staufen1 et Staufen2

Dans la cellule, chaque ARNm se doit d’être régulé finement au niveau transcriptionnel, bien entendu, mais également au niveau de sa traduction, de sa dégradation ainsi que de sa localisation intracellulaire, et ce, afin de permettre l’expression de chaque produit protéique au moment et à l’endroit précis où son action est requise. Lorsqu’un mécanisme physiologique est mis de l’avant dans la cellule, il arrive souvent que plusieurs ARNm se doivent d’être régulés simultanément. L’un des moyens permettant d’orchestrer un tel processus est de réguler l’action d’une protéine commune associée à chacun de ces ARNm, via un mécanisme post-traductionnel par exemple. Ainsi l’expression d’un groupe précis d’ARNm peut être régulée finement dans le temps et dans l’espace selon les facteurs protéiques auxquels il est associé. Dans l’optique d’étudier certains de ces complexes ribonucléoprotéiques (mRNP), nous nous sommes intéressés aux isoformes et paralogues de Staufen, une protéine à domaine de liaison à l’ARN double-brin (dsRBD) impliquée dans de nombreux aspects de la régulation post-transcriptionnelle, tels la dégradation, la traduction ou encore la localisation d’ARNm. Chez la drosophile, un seul gène Staufen est exprimé alors que chez les mammifères, il existe deux paralogues de la protéine, soit Stau1 et Stau2, tous deux possédant divers isoformes produits suite à l’épissage alternatif de leur gène. Stau1 et Stau2 sont identiques à 50%. Les deux isoformes de Stau2, Stau259 et Stau262 ne diffèrent qu’en leur extrémité N-terminale. En effet, alors que Stau259 arbore un dsRBD1 tronqué, celui de Stau262 est complet. Ces observations introduisent une problématique très intéressante à laquelle nous nous sommes attaqué : ces différentes protéines, quoique très semblables, font-elles partie de complexes ribonucléoprotéiques distincts ayant des fonctions propres à chacun ou, au contraire, vu cette similarité de séquence, travaillent-elles de concert au sein des mêmes complexes ribonucléoprotéiques? Afin d’adresser cette question, nous avons entrepris d’isoler, à partir de cellules HEK293T, les différents complexes de Stau1 et Stau2 par la technique d’immunoprécipitation. Nous avons isolé les ARNm associés à chaque protéine, les avons identifiés grâce aux micropuces d’ADN et avons confirmé nos résultats par RT-PCR. Malgré la présence d’une population commune d’ARNm associée à Stau1 et Stau2, la majorité des transcrits identifiés furent spécifiques à chaque orthologue. Cependant, nous avons remarqué que les diverses populations d’ARNm participaient aux mêmes mécanismes de régulation, ce qui suggère que ces deux protéines possèdent des rôles complémentaires dans la mise en œuvre de divers phénomènes cellulaires. Au contraire, les transcrits associés à Stau259 et Stau262 sont davantage similaires, indiquant que celles-ci auraient des fonctions plutôt semblables. Ces résultats sont très intéressants, car pour la première fois, nous avons identifié des populations d’ARNm associées aux isoformes Stau155, Stau259 et Stau262. De plus, nous les avons analysées en parallèle afin d’en faire ressortir les populations spécifiques à chacune de ces protéines. Ensuite, connaissant l’importance de Stau2 dans le transport dendritique d’ARNm, nous avons cherché à caractériser les complexes ribonucléoprotéiques neuronaux associés à celle-ci. Dans un premier temps et à l’aide de la technique d’immunoprécipitation, nous avons identifié une population d’ARNm neuronaux associés à Stau2. Plus de 1700 ARNm montraient une présence d’au moins huit fois supérieure dans le précipité obtenu avec l’anticorps anti-Stau2 par rapport à celui obtenu avec le sérum pré-immun. Ces ARNm codent pour des protéines impliquées dans des processus de modifications post-traductionnelles, de traduction, de transport intracellulaire et de métabolisme de l’ARN. De façon intéressante, cette population d’ARNm isolée du cerveau de rat est relativement différente de celle caractérisée des cellules humaines HEK293T. Ceci suggère que la spécificité d’association Stau2-ARNm peut diffèrer d’un tissu à un autre. Dans un deuxième temps, nous avons isolé les protéines présentes dans les complexes ribonucléoprotéiques obtenus de cerveaux de rat et les avons identifiées par analyse en spectrométrie de masse. De cette façon, nous avons identifié au sein des particules de Stau2 des protéines liant l’ARN (PABPC1, hnRNPH1, YB1, hsc70), des protéines du cytosquelette (α- et β-tubuline), de même que la protéine peu caractérisée RUFY3. En poussant davantage la caractérisation, nous avons établi que YB1 et PABPC1 étaient associées à Stau2 grâce à la présence de l’ARN, alors que la protéine hsc70, au contraire, interagissait directement avec celle-ci. Enfin, cette dernière association semble être modulable par l’action de l’ATP. Ce résultat offre de nombreuses possibilités quant à la régulation de la fonction de Stau2 et/ou de son mRNP. Entre autres, cette étude suggère un mécanisme de régulation de la traduction au sein de ces particules. Pour faire suite à la caractérisation des mRNP de Stau, nous avons voulu déterminer au niveau neurophysiologique l’importance de ceux-ci. Comme l’étude de Stau2 avait déjà été entreprise préalablement par un autre laboratoire, nous avons décidé de concentrer notre étude sur le rôle de Stau1. Ainsi, nous avons démontré que celle-ci était nécessaire à la mise en place d’une forme de plasticité synaptique à long terme, la forme tardive de potentialisation à long terme ou L-LTP, dépendante de la transcription et de l’activité des récepteurs NMDA. La transmission de base, de même que la faculté de ces épines à faire de la E-LTP, la forme précoce de potentialisation à long terme, et la dépression à long terme ou LTD sont conservées. Ceci indique que les épines conservent la capacité d’être modulées. Ainsi, l’inhibition de la L-LTP, suite à la sous-expression de Stau1, n’est pas simplement due à la perte d’éléments fonctionnels, mais réside plutôt dans l’incapacité de ceux-ci à induire les changements synaptiques spécifiquement nécessaires à la mise en place de la L-LTP. De plus, au niveau synaptique, la sous-expression de Stau1 réduit à la fois l’amplitude et la fréquence des mEPSC. Ces résultats concordent avec l’observation que la sous-expression de Stau1 augmente significativement la proportion d’épines allongées et filopodales, des épines formant des synapses dites silencieuses. Par le fait même, elle diminue le nombre d’épines fonctionnelles, de forme dite normale. Ainsi, nous avons été en mesure de démontrer que l’absence, au niveau neuronal, de la protéine Stau1 induisait un déficit probable dans la localisation et/ou la traduction d’ARNm responsable de la restructuration de l’épine et de facteurs nécessaires à la mise en place de la L-LTP. En conclusion, nous avons participé à lever le voile sur la composition et l’importance des complexes ribonucléoprotéiques de Stau1 et Stau2. Nous avons identifié des populations distinctes et communes d’ARNm associées aux différents isoformes de Stau, à partir des mRNP présents au sein des cellules HEK293. De plus, nous avons réussi à mettre à l’avant plan certaines composantes des mRNP neuronaux de Stau2, dont un partenaire protéique direct, hsc70, partenaire dont l’association est modulable par l’action de l’ATP, ainsi qu’une population neuronale de transcrits d’ARNm. Enfin, nous avons mis en lumière l’importance de Stau1 dans la morphologie des épines dendritiques ainsi que dans le phénomène de la plasticité synaptique.

Impact of neonatal total parenteral nutrition and early glucose-enriched diet on glucose metabolism and physical phenotypes in Guinea Pig

Les oxydants infusés avec la nutrition parentéral (NP) néonatale induisent une modification du métabolisme des lipides et du glucose, donnant lieu à l’âge adulte à un phénotype de carence énergétique (faible poids, baisse de l’activité physique). L’hypothèse qu’une diète précoce riche en glucose prévient ces symptômes plus tard dans la vie, fut évalué chez le cobaye par un ANOVA en plan factoriel complet à deux facteurs (p < 0:05) : NP du jour 3 à 7, suivit d’une nourriture régulière (chow) (NP+) vs. chow à partir du 3ième jour (NP-), combiné avec une eau de consommation enrichie en glucose (G+) ou non (G-) à partir de la 3ième semaine. Les paramètres suivant ont été mesurés à l’âge de 9 semaine: taux de croissance, activité physique, activité de phosphofructokinase-1 et glucokinase (GK), niveau hépatique de glucose-6-phosphate (G6P), glycogène, pyruvate et potentiel redox du glutathion, poids du foie, glycémie, tolérance au glucose, concentrations hépatiques et plasmatiques en triacylglycérides (TG) et cholestérol. Le groupe G+ (vs. G-) avait un taux de croissance plus bas, une activité de GK et une concentration en G6P plus élevée, et un potentiel redox plus bas (moins oxydé). Le niveau plasmatique de TG était moins élevé dans le groupe NP+ (vs. NP-). Les traitements n’eurent aucun effet sur les autres paramètres. Ces résultats suggèrent qu’indépendamment de la NP, une alimentation riche en glucose stimule la glycolyse et déplace l’état redox vers un statut plus réduit, mais ne surmonte pas les effets de la NP sur le phénotype physique de carence énergétique.

Increase brain lactate in hepatic encephalopathy: Cause or consequence?

Hepatic encephalopathy (HE) is a complex neuropsychiatric syndrome which develops as a result of liver failure or disease. Increased concentrations of brain lactate (microdialysate, cerebrospinal fluid, tissue) are commonly measured in patients with HE induced by either acute or chronic liver failure. Whether an increase in brain lactate is a cause or a consequence of HE remains undetermined. A rise in cerebral lactate may occur due to (1) blood-borne lactate (hyperlactataemia) crossing the blood-brain barrier, (2) increased glycolysis due to energy failure or impairment and (3) increased lactate production/release or decreased lactate utilization/uptake. This review explores the different reasons for lactate accumulation in the brain during liver failure and describes the possible roles of lactate in the pathogenesis of HE.

Identifying the direct effects of ammonia on the brain.

Elevated concentrations of ammonia in the brain as a result of hyperammonemia leads to cerebral dysfunction involving a spectrum of neuropsychiatric and neurological symptoms (impaired memory, shortened attention span, sleep-wake inversions, brain edema, intracranial hypertension, seizures, ataxia and coma). Many studies have demonstrated ammonia as a major player involved in the neuropathophysiology associated with liver failure and inherited urea cycle enzyme disorders. Ammonia in solution is composed of a gas (NH(3)) and an ionic (NH(4) (+)) component which are both capable of crossing plasma membranes through diffusion, channels and transport mechanisms and as a result have a direct effect on pH. Furthermore, NH(4) (+) has similar properties as K(+) and, therefore, competes with K(+) on K(+) transporters and channels resulting in a direct effect on membrane potential. Ammonia is also a product as well as a substrate for many different biochemical reactions and consequently, an increase in brain ammonia accompanies disturbances in cerebral metabolism. These direct effects of elevated ammonia concentrations on the brain will lead to a cascade of secondary effects and encephalopathy.

In vivo phosphorus spectroscopy in human subjects on a clinical 3T MRI system

Alors que l’Imagerie par résonance magnétique (IRM) permet d’obtenir un large éventail de données anatomiques et fonctionnelles, les scanneurs cliniques sont généralement restreints à l’utilisation du proton pour leurs images et leurs applications spectroscopiques. Le phosphore jouant un rôle prépondérant dans le métabolisme énergétique, l’utilisation de cet atome en spectroscopie RM présente un énorme avantage dans l’observation du corps humain. Cela représente un certain nombre de déEis techniques à relever dus à la faible concentration de phosphore et sa fréquence de résonance différente. L’objectif de ce projet a été de développer la capacité à réaliser des expériences de spectroscopie phosphore sur un scanneur IRM clinique de 3 Tesla. Nous présentons ici les différentes étapes nécessaires à la conception et la validation d’une antenne IRM syntonisée à la fréquence du phosphore. Nous présentons aussi l’information relative à réalisation de fantômes utilisés dans les tests de validation et la calibration. Finalement, nous présentons les résultats préliminaires d’acquisitions spectroscopiques sur un muscle humain permettant d’identiEier les différents métabolites phosphorylés à haute énergie. Ces résultats s’inscrivent dans un projet de plus grande envergure où les impacts des changements du métabolisme énergétique sont étudiés en relation avec l’âge et les pathologies.

Warfarin-induced vitamin K deficiency is associated with cognitive and behavioral perturbations, and alterations in brain sphingolipids in rats

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales.