Modulation of contractile function through NPY receptors during development of cardiomyocyte hypertrophy.

Severity of left ventricular hypertrophy (LVH) correlates with elevated plasma levels of neuropeptide Y (NPY) in hypertension. NPY elicits positive and negative contractile effects in cardiomyocytes through Y(1) and Y(2) receptors, respectively. This study tested the hypothesis that NPY receptor-mediated contraction is altered during progression of LVH. Ventricular cardiomyocytes were isolated from spontaneously hypertensive rats (SHRs) pre-LVH (12 weeks), during development (16 weeks), and at established LVH (20 weeks) and age-matched normotensive Wistar Kyoto (WKY) rats. Electrically stimulated (60 V, 0.5 Hz) cell shortening was measured using edge detection and receptor expression determined at mRNA and protein level. The NPY and Y(1) receptor-selective agonist, Leu(31)Pro(34)NPY, stimulated increases in contractile amplitude, which were abolished by the Y(1) receptor-selective antagonist, BIBP3226 [R-N(2)-(diphenyl-acetyl)-N-(4-hydroxyphenyl)methyl-argininamide)], confirming Y(1) receptor involvement. Potencies of both agonists were enhanced in SHR cardiomyocytes at 20 weeks (2300- and 380-fold versus controls). Maximal responses were not attenuated. BIBP3226 unmasked a negative contraction effect of NPY, elicited over the concentration range (10(-12) to 3 x 10(-9) M) in which NPY and PYY(3-36) attenuated the positive contraction effects of isoproterenol, the potencies of which were increased in cardiomyocytes from SHRs at 20 weeks (175- and 145-fold versus controls); maximal responses were not altered. Expression of NPY-Y(1) and NPY-Y(2) receptor mRNAs was decreased (55 and 69%) in left ventricular cardiomyocytes from 20-week-old SHRs versus age-matched WKY rats; parallel decreases (32 and 80%) were observed at protein level. Enhancement of NPY potency, producing (opposing) contractile effects on cardiomyocytes together with unchanged maximal response despite reduced receptor number, enables NPY to contribute to regulating cardiac performance during compensatory LVH.

Specific role of neuronal nitric-oxide synthase when tethered to the plasma membrane calcium pump in regulating the beta-adrenergic signal in the myocardium

The cardiac neuronal nitric-oxide synthase (nNOS) has been described as a modulator of cardiac contractility. We have demonstrated previously that isoform 4b of the sarcolemmal calcium pump (PMCA4b) binds to nNOS in the heart and that this complex regulates beta-adrenergic signal transmission in vivo. Here, we investigated whether the nNOS-PMCA4b complex serves as a specific signaling modulator in the heart. PMCA4b transgenic mice (PMCA4b-TG) showed a significant reduction in nNOS and total NOS activities as well as in cGMP levels in the heart compared with their wild type (WT) littermates. In contrast, PMCA4b-TG hearts showed an elevation in cAMP levels compared with the WT. Adult cardiomyocytes isolated from PMCA4b-TG mice demonstrated a 3-fold increase in Ser(16) phospholamban (PLB) phosphorylation as well as Ser(22) and Ser(23) cardiac troponin I (cTnI) phosphorylation at base line compared with the WT. In addition, the relative induction of PLB phosphorylation and cTnI phosphorylation following isoproterenol treatment was severely reduced in PMCA4b-TG myocytes, explaining the blunted physiological response to the beta-adrenergic stimulation. In keeping with the data from the transgenic animals, neonatal rat cardiomyocytes overexpressing PMCA4b showed a significant reduction in nitric oxide and cGMP levels. This was accompanied by an increase in cAMP levels, which led to an increase in both PLB and cTnI phosphorylation at base line. Elevated cAMP levels were likely due to the modulation of cardiac phosphodiesterase, which determined the balance between cGMP and cAMP following PMCA4b overexpression. In conclusion, these results showed that the nNOS-PMCA4b complex regulates contractility via cAMP and phosphorylation of both PLB and cTnI.

Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains.

We report the characterisation of 27 cardiovascular-related traits in 23 inbred mouse strains. Mice were phenotyped either in response to chronic administration of a single dose of the beta-adrenergic receptor blocker atenolol or under a low and a high dose of the beta-agonist isoproterenol and compared to baseline condition. The robustness of our data is supported by high trait heritabilities (typically H(2)>0.7) and significant correlations of trait values measured in baseline condition with independent multistrain datasets of the Mouse Phenome Database. We then focused on the drug-, dose-, and strain-specific responses to beta-stimulation and beta-blockade of a selection of traits including heart rate, systolic blood pressure, cardiac weight indices, ECG parameters and body weight. Because of the wealth of data accumulated, we applied integrative analyses such as comprehensive bi-clustering to investigate the structure of the response across the different phenotypes, strains and experimental conditions. Information extracted from these analyses is discussed in terms of novelty and biological implications. For example, we observe that traits related to ventricular weight in most strains respond only to the high dose of isoproterenol, while heart rate and atrial weight are already affected by the low dose. Finally, we observe little concordance between strain similarity based on the phenotypes and genotypic relatedness computed from genomic SNP profiles. This indicates that cardiovascular phenotypes are unlikely to segregate according to global phylogeny, but rather be governed by smaller, local differences in the genetic architecture of the various strains.

The Origin and Stimuli Implicated in the Expression of Nestin(+) Cardiac Myocyte-like Cells in the Ischemic Heart

Nos études ont démontrées que la formation de la cicatrice et la guérison sont associées avec l’apparition de cellules de type myocytes cardiaques nestine(+) dans la région péri-infarcie. Présentement, l’étude examine le mécanisme, tel que l’hypoxie ou les hormones neuronales, possiblement impliqué dans leur recrutement et de dévoiler leur origine cellulaire. La présence de ces cellules a été détectée dans les coeurs infarcies d’une semaine et maintenue après neuf mois suite à une sujétion coronaire complète. Aussi, ces cellules de type myocytes cardiaques nestine(+) ont été observées dans le coeur infarci humain. L’hypoxie représente un événement prédominant suite à un infarctus de myocarde, mais l’exposition des rats normaux à un environnement hypoxique n’a pas pu promouvoir l’apparition de ces cellules. Autrement, l’infusion de l’agoniste -adrénergique non-sélectif isoprotérénol (ISO) dans les rats adultes Sprague-Dawley a augmenté la protéine nestine dans le ventricule gauche et a été associé avec la réapparition de cellules de type myocytes cardiaques nestine(+). Cela représente possiblement un effet secondaire suite à la nécrose des myocytes cardiaques par l’administration d’isoprotérénol. Dernièrement, on a identifié une sous-population de cellules nestine(+) dans le coeur normal du rat qui co-exprime les marqueurs de cellules cardiaques progénitrices Nkx-2.5 et GATA-4. Cette sous-population de cellules nestine/Nkx-2.5/GATA-4 pourrait représenter des substrats cellulaires qui puissent se différentier en cellules de type myocytes cardiaques nestine(+) suite à une ischémie. Mots clés: nestine, isoprotérénol, nécrose, cellule souche, cellule progénitrice, myocyte cardiaque

Hydrogen peroxide enhances the expression and function of Giα proteins in aortic vascular smooth muscle cells from Sprague-Dawley rats : role of growth factor receptors transactivation

Nous avons récemment démontré que les espèces réactives oxygénées induisent une augmentation de l’expression des protéines Giα dans les cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) provenant d’aortes de rats spontanément hypertendus (SHR, de l’anglais spontaneously hypertensive rats). La présente étude a pour but d’étudier les effets du peroxyde d’hydrogène (H2O2), un oxydant qui induit le stress oxydatif, sur l’expression de Giα et sur l’activité de l’adénylate cyclase, et d’explorer les voies de signalisation sous-jacentes responsables de cette réponse. Nos résultats montrent que H2O2 induit une augmentation de l’expression des protéines Giα-2 et Giα-3 de manière dose- et temps-dépendante avec une augmentation maximale de 40-50% à 100 µM après 1 heure, sans affecter l’expression de Gsα. L’expression des protéines Giα a été maintenue au niveau normal en presence de AG 1478, AG1295, PD98059 et la wortmannine, des inhibiteurs d’EGF-R (de l’anglais epidermal growth factor receptor), PDGFR-β (de l’anglais platelet-derived growth factor receptor β), de la voie de signalisation ras-ERK1/2 (de l’anglais extracellular regulated kinase1/2), et de la voie de la PI3Kinase-AKT (de l’anglais phosphatidyl inositol-3 kinase), respectivement. En outre, le traitement des CMLV avec H2O2 a induit une augmentation du degré de phosphorylation d’EGF-R, PDGF-R, ERK1/2 et AKT; et cette expression a été maintenue au niveau témoin par leurs inhibiteurs respectifs. Les inhibiteurs d’EGF-R et PDGF-R ont aussi induit une diminution du degré de phosphorylation de ERK1/2, et AKT/PKB. En outre, la transfection des cellules avec le siRNA (de l’anglais, small interfering ribonucleic acid) de EGF-R et PDGFR-β a atténué la surexpression des protéines Giα-2 et Giα-3 induite par le traitement au H2O2. La surexpression des protéines Giα induite par H2O2 a été corrélée avec une augmentation de la fonction de la protéine Giα. L’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par de faibles concentrations de GTPγS après stimulation par la forskoline a augmenté de 20% dans les cellules traitées au H2O2. En outre, le traitement des CMLV au H2O2 a aussi accru l’inhibition de l’activité de l’adénylate cyclase par les hormones inhibitrices telles que l’angiotensine II, oxotrémorine et C-ANP4-23. D’autre part, la stimulation de l’adénylate cyclase induite par GTPγS, glucagon, isoprotérénol, forskoline, et le fluorure de sodium (NaF) a été atténuée de façon significative dans les cellules traitées au H2O2. Ces résultats suggèrent que H2O2 induit la surexpression des protéines Giα-2 and Giα-3 via la transactivation des récepteurs des facteurs de croissance EGF-R, PDGFR-β et l’activation des voies de signalisation ras-ERK1/2 et PI3K-AKT Mot-cles: Protéines Giα, peroxyde d’hydrogène, stress oxydant, récepteurs des facteurs de croissance, MAP kinases, adénylate cyclase, hypertension

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.

Use of cellular impedance to characterize ligand functional selectivity at G protein-coupled receptors

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) représentent la plus grande famille de cibles thérapeutiques pour le traitement d’une panoplie de pathologies humaines. Bien que plusieurs décennies de recherche aient permis de façonner nos connaissances sur ces protéines membranaires, notre compréhension des déterminants moléculaires de leur activité signalétique reste encore limitée. De ces domaines de recherche, une avancée récente a mis à jour un nouveau phénomène, appelé sélectivité fonctionnelle des ligands, qui a bouleversé les paradigmes décrivant leu fonctionnement de ces récepteurs. Ce concept émane d’observations montrant que l’activité pharmacologique de certains ligands n’est pas nécessairement conservée sur tout le répertoire signalétiques connu du récepteur et peu se restreindre à l'activation sélective d’un sous-groupe de voies de signalisation.Ce nouveau modèle pharmacologique de l'activation des RCPG ouvre de nouvelles possibilités pour la découverte de médicaments plus efficace et sûr, ciblant les RCPGs. En effet, il permet la conception de molécules modulant spécifiquement les voies signalétiques d’intérêt thérapeutique, sans engager les autres voies qui pourraient mener à des effets secondaires indésirables ou de la tolérance. Cette thèse décrit l'utilisation d'une nouvelle approche sans marquage, basée sur la mesure du changement l'impédance cellulaire. Par la mesure des changements cellulaires, comme la morphologie, l’adhésion et/ou la redistribution des macromolécules, cette approche permet de mesurer de façon simultanée l'activité de plusieurs voies de signalisation impliqués dans ces réponses. Utilisant le récepteur β2-adrénergique (β2AR) comme modèle, nous avons démontré que les variations dans l’impédance cellulaire étaient directement liées à l’activation de multiples voies de signalisation suite à la stimulation du récepteur par son ligand. L’agoniste type du β2AR, l’isoprotérénol, s’est avéré induire une réponse d’impédance dose-dépendante constituée, dans le temps, de plusieurs caractéristiques distinctes pouvant être bloquées de façon compétitive par l’antagoniste ICI118,551 Par l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs, nous avons été en mesure de déterminer la contribution de plusieurs voies signalétiques canoniques, comme les voies dépendantes de Gs et Gi, la production d’AMPc et l’activation de ERK1/2, sur ces changements. De plus, la dissection de la réponse d’impédance a permis d’identifier une nouvelle voie de mobilisation du Ca2+ contribuant à la réponse globale des changements initiés par la stimulation du β2AR. Dans une autre étude, nous avons rapporté que la réponse calcique induite par le β2AR serait attribuable à une transactivation Gs-dépendant du récepteur purinergique P2Y11, lui-même couplé à la protéine Gq. La mesure d’impédance permettant de distinguer et de décrire une pléiade d’activités signalétiques, nous avons émis l’hypothèse que des ligands arborant des profils signalétiques différents généreraient des réponses d’impédance distinctes. Le criblage d’une librairie de ligands spécifiques au β2AR a révélé une grande variété de signatures d’impédance. Grâce au développement d’une approche computationnelle innovatrice, nous avons été en mesure de regrouper ces signatures en cinq classes de composés, un regroupement qui s’est avéré hautement corrélé avec le profil signalétique des différents ligands. Nous avons ensuite combiné le criblage de composés par impédance avec l’utilisation d’inhibiteurs sélectifs de voies signalétiques afin d’augmenter la résolution du regroupement. En évaluant l’impact d’une voie signalétique donnée sur la signature d’impédance, nous avons été en mesure de révéler une plus grande variété de textures parmi les ligands. De plus, cette méthode s’est avérée efficace pour prédire le profil signalétique d’une librairie de composés non caractérisés, ciblant le β2AR. Ces travaux ont mené à l’élaboration d’une méthode permettant d’exprimer visuellement la sélectivité fonctionnelle de ligands et ont révélé de nouvelles classes de composés pour ce récepteur. Ces nouvelles classes de composés ont ensuite été testées sur des cardiomyocytes humains, confirmant que les composés regroupés dans différentes classes produisent des effets distincts sur la contractilité de ces cellules. Globalement, ces travaux démontrent la pertinence de l’utilisation de l’impédance cellulaire pour une évaluation précise des différences fonctionnelles parmi les composés ciblant les RCPGs. En fournissant une représentation pluridimensionnelle de la signalisation émanant des RCPGs à l’aide d’un seul essai ne requérant pas de marquage, les signatures d’impédance représentent une stratégie simple et innovante pour l’évaluation de la fonctionnalité sélective des ligands. Cette méthode pourrait être d’une grande utilité dans le processus de découverte de nouveaux médicaments.

Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.

Pineal indoleamine metabolism in pyridoxine-deficient rats

Pvridoxine deficiency causes physiologically significant decrease in brain serotonin (5-HT) due to decreased decarboxylation of 5- hvdroxvtrvptophan (5-HTP). We have examined the effect of pyridoxine deficiency on indoleamine metabolism in the pineal gland, a tissue with high indoleamine turnover. Adult male Sprague-Dawley rats were fed either a pyridoxine-supplemented or pyridoxinedeficient diet for 8 weeks. Pyridoxine deficiency did not alter the pattern of circadian rhythm of pineal 5-HT. 5-hvdroxvindoleacetic acid (5-HIAA), V-acetvlserotonin (NAS). and melatonin. However the levels of these compounds were significantly lower in the pineal glands of pyridoxine-deficient animals. Pineal 5-HTP levels were consistently higher in the pyridoxine-deficient animals and a conspicuous increase was noticed at 22.00 h. Increase in pineal NAS and melatonin levels caused by isoproterenol (5 mg kg at 17.00 h) were significantly lower (P < 0.05) in the pyridoxine-deficient animals. Treatment of pyridoxine-deficient rats with pvridoxine restored the levels of pineal 5-HT, 5-HIAA. NAS. and melatonin to values seen in pyridoxine-supplemented control animals. These results suggest that 5-HT availability could be an important factor in the regulation of the synthesis of pineal NAS and melatonin.

Biochemical Studies on the Protective Effect of Taurine on Experimentally Induced Myocardial infarction in Rats

The present study indicate that prior administration of taurine is effective in minimizing all the deleterious effects induced by isoproterenol, thereby justifying its use as a potent cytoprotective agent. The overall cardioprotective effect of taurine is probably related to its antioxidant property evidenced by its ability to reduce lipid peroxidation and to maintain the activities of free radical enzymes and nonenzymatic antioxidants, its membrane stabilizing action and to its hypolipidemic property.

Regulation of mitogen-activated protein kinase cascade in adult rat heart preparations in vitro.

The regulation of mitogen-activated protein kinase (MAPK) and MAPK kinase (MEK) was studied in freshly isolated adult rat heart preparations. In contrast to the situation in ventricular myocytes cultured from neonatal rat hearts, stimulation of MAPK activity by 1 mumol/L phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) was not consistently detectable in crude extracts. After fast protein liquid chromatography, MAPK isoforms p42MAPK and p44MAPK and two peaks of MEK were shown to be activated > 10-fold in perfused hearts or ventricular myocytes exposed to 1 mumol/L PMA for 5 minutes. The identities of MAPK or MEK were confirmed by immunoblotting and, for MAPK, by the "in-gel" myelin basic protein phosphorylation assay. In retrogradely perfused hearts, high coronary perfusion pressure (120 mm Hg for 5 minutes), norepinephrine (50 mumol/L for 5 minutes), or isoproterenol (50 mumol/L for 5 minutes) stimulated MAPK and MEK approximately 2- to 5-fold. In isolated myocytes, endothelin 1 (100 nmol/L for 5 minutes) also stimulated MAPK, but stimulation by norepinephrine or isoproterenol was difficult to detect. Immunoblotting showed that the relative abundances of MAPK and MEK protein in ventricles declined to < 20% of their postpartal abundances after 50 days. This may explain the difficulties encountered in assaying the activity of MAPK in crude extracts from adult hearts. We conclude that potentially hypertrophic agonists and interventions stimulate the MAPK cascade in adult rats and suggest that the MAPK cascade may be an important intracellular signaling pathway in this response.

Regulation of Ras.GTP loading and Ras-Raf association in neonatal rat ventricular myocytes by G protein-coupled receptor agonists and phorbol ester. Activation of the extracellular signal-regulated kinase cascade by phorbol ester is mediated by Ras.

The small G protein Ras has been implicated in hypertrophy of cardiac myocytes. We therefore examined the activation (GTP loading) of Ras by the following hypertrophic agonists: phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA), endothelin-1 (ET-1), and phenylephrine (PE). All three increased Ras.GTP loading by 10-15-fold (maximal in 1-2 min), as did bradykinin. Other G protein-coupled receptor agonists (e.g. angiotensin II, carbachol, isoproterenol) were less effective. Activation of Ras by PMA, ET-1, or PE was reduced by inhibition of protein kinase C (PKC), and that induced by ET-1 or PE was partly sensitive to pertussis toxin. 8-(4-Chlorophenylthio)-cAMP (CPT-cAMP) did not inhibit Ras.GTP loading by PMA, ET-1, or PE. The association of Ras with c-Raf protein was increased by PMA, ET-1, or PE, and this was inhibited by CPT-cAMP. However, only PMA and ET-1 increased Ras-associated mitogen-activated protein kinase kinase 1-activating activity, and this was decreased by PKC inhibition, pertussis toxin, and CPT-cAMP. PMA caused the rapid appearance of phosphorylated (activated) extracellular signal-regulated kinase in the nucleus, which was inhibited by a microinjected neutralizing anti-Ras antibody. We conclude that PKC- and Gi-dependent mechanisms mediate the activation of Ras in myocytes and that Ras activation is required for stimulation of extracellular signal-regulated kinase by PMA.

Acquisition of Pavlovian Fear Conditioning Using beta-Adrenoceptor Activation of the Dorsal Premammillary Nucleus as an Unconditioned Stimulus to Mimic Live Predator-Threat Exposure

In the present work, we sought to mimic the internal state changes in response to a predator threat by pharmacologically stimulating the brain circuit involved in mediating predator fear responses, and explored whether this stimulation would be a valuable unconditioned stimulus (US) in an olfactory fear conditioning paradigm (OFC). The dorsal premammillary nucleus (PMd) is a key brain structure in the neural processing of anti-predatory defensive behavior and has also been shown to mediate the acquisition and expression of anti-predatory contextual conditioning fear responses. Rats were conditioned by pairing the US, which was an intra-PMd microinjection of isoproterenol (ISO; beta-adrenoceptor agonist), with amyl acetate odor-the conditioned stimulus (CS). ISO (10 and 40 nmol) induced the acquisition of the OFC and the second-order association by activation of beta-1 receptors in the PMd. Furthermore, similar to what had been found for contextual conditioning to a predator threat, atenolol (beta-1 receptor antagonist) in the PMd also impaired the acquisition and expression of OFC promoted by ISO. Considering the strong glutamatergic projections from the PMd to the dorsal periaqueductal gray (dPAG), we tested how the glutamatergic blockade of the dPAG would interfere with the OFC induced by ISO. Accordingly, microinjections of NMDA receptor antagonist (AP5, 6 nmol) into the dPAG were able to block both the acquisition, and partially, the expression of the OFC. In conclusion, we have found that PMd beta-1 adrenergic stimulation is a good model to mimic predatory threat-induced internal state changes, and works as a US able to mobilize the same systems involved in the acquisition and expression of predator-related contextual conditioning. Neuropsychopharmacology (2011) 36, 926-939; doi:10.1038/npp.2010.231; published online 5 January 2011

Liver glycogen metabolism during short-term insulin-induced hypoglycemia in fed rats

The activities of glycogen phosphorylase and synthase during infusions of glucagon, isoproterenol, or cyanide in isolated liver of fed rats submitted to short-term insulin-induced hypoglycemia (IIH) was investigated. A condition of hyperinsulinemia/hypoglycemia was obtained with an intraperitoneal injection of regular insulin (1.0 U kg(-1)). The control group received ip saline. The experiments were carried out 60 min after insulin (IIH group) or saline (COG group) injection. The rats were anesthetized and after laparotomy, blood was collected from the vena cava for glucose and insulin measurements. The liver was their infused with glucagon (1 nM), isoproterenot (2 mu M), or cyanide (0.5 mM) during 20 min and a sample of the organ was collected for determination of the activities of glycogen phosphorylase and synthase 5 min after starting and 10 min after stopping the infusions. The infusions of cyanide, glucagons, and isoproterenol did not change the activities of glycogen synthase and glycogen phosphorylase. However, glycogen catabolism was decreased during the infusions of glucagon and isoproterenol in IIH rats, being more intense with isoproterenol (p < 0.05), than glucagon. It was concluded that short-term IIH promoted changes in the liver responsiveness of glycogen degradation induced by glucagon and isoproterenol without a change in the activities of glycogen phosphorylase and synthase. Copyright (c) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Intracellular peptides as natural regulators of cell signaling

Protein degradation by the ubiquitin proteasome system releases large amounts of oligopeptides within cells. To investigate possible functions for these intracellularly generated oligopeptides, we fused them to a cationic transactivator peptide sequence using reversible disulfide bonds, introduced them into cells, and analyzed their effect on G protein-coupled receptor (GPCR) signal transduction. A mixture containing four of these peptides (20-80 mu M) significantly inhibited the increase in the extracellular acidification response triggered by angiotensin II (ang II) in CHO-S cells transfected with the ang II type 1 receptor (AT1R-CHO-S). Subsequently, either alone or in a mixture, these peptides increased luciferase gene transcription in AT1R-CHO-S cells stimulated with ang II and in HEK293 cells treated with isoproterenol. These peptides without transactivator failed to affect GPCR cellular responses. All four functional peptides were shown in vitro to competitively inhibit the degradation of a synthetic substrate by thimet oligopeptidase. Overexpression of thimet oligopeptidase in both CHO-S and HEK293 cells was sufficient to reduce luciferase activation triggered by a specific GPCR agonist. Moreover, using individual peptides as baits in affinity columns, several proteins involved in GPCR signaling were identified, including alpha-adaptin A and dynamin 1. These results suggest that before their complete degradation, intracellular peptides similar to those generated by proteasomes can actively affect cell signaling, probably representing additional bioactive molecules within cells.