Highly parallel genetic approaches in Mendelian and complex diseases

The recent advance in high-throughput sequencing and genotyping protocols allows rapid investigation of Mendelian and complex diseases on a scale not previously been possible. In my thesis research I took advantage of these modern techniques to study retinitis pigmentosa (RP), a rare inherited disease characterized by progressive loss of photoreceptors and leading to blindness; and hypertension, a common condition affecting 30% of the adult population. Firstly, I compared the performance of different next generation sequencing (NGS) platforms in the sequencing of the RP-linked gene PRPF31. The gene contained a mutation in an intronic repetitive element, which presented difficulties for both classic sequencing methods and NGS. We showed that all NGS platforms are powerful tools to identify rare and common DNA variants, also in case of more complex sequences. Moreover, we evaluated the features of different NGS platforms that are important in re-sequencing projects. The main focus of my thesis was then to investigate the involvement of pre-mRNA splicing factors in autosomal dominant RP (adRP). I screened 5 candidate genes in a large cohort of patients by using long-range PCR as enrichment step, followed by NGS. We tested two different approaches: in one, all target PCRs from all patients were pooled and sequenced as a single DNA library; in the other, PCRs from each patient were separated within the pool by DNA barcodes. The first solution was more cost-effective, while the second one allowed obtaining faster and more accurate results, but overall they both proved to be effective strategies for gene screenings in many samples. We could in fact identify novel missense mutations in the SNRNP200 gene, encoding an essential RNA helicase for splicing catalysis. Interestingly, one of these mutations showed incomplete penetrance in one family with adRP. Thus, we started to study the possible molecular causes underlying phenotypic differences between asymptomatic and affected members of this family. For the study of hypertension, I joined a European consortium to perform genome-wide association studies (GWAS). Thanks to the use of very informative genotyping arrays and of phenotipically well-characterized cohorts, we could identify a novel susceptibility locus for hypertension in the promoter region of the endothelial nitric oxide synthase gene (NOS3). Moreover, we have proven the direct causality of the associated SNP using three different methods: 1) targeted resequencing, 2) luciferase assay, and 3) population study. - Le récent progrès dans le Séquençage à haut Débit et les protocoles de génotypage a permis une plus vaste et rapide étude des maladies mendéliennes et multifactorielles à une échelle encore jamais atteinte. Durant ma thèse de recherche, j'ai utilisé ces nouvelles techniques de séquençage afin d'étudier la retinite pigmentale (RP), une maladie héréditaire rare caractérisée par une perte progressive des photorécepteurs de l'oeil qui entraine la cécité; et l'hypertension, une maladie commune touchant 30% de la population adulte. Tout d'abord, j'ai effectué une comparaison des performances de différentes plateformes de séquençage NGS (Next Generation Sequencing) lors du séquençage de PRPF31, un gène lié à RP. Ce gène contenait une mutation dans un élément répétable intronique, qui présentait des difficultés de séquençage avec la méthode classique et les NGS. Nous avons montré que les plateformes de NGS analysées sont des outils très puissants pour identifier des variations de l'ADN rares ou communes et aussi dans le cas de séquences complexes. De plus, nous avons exploré les caractéristiques des différentes plateformes NGS qui sont importantes dans les projets de re-séquençage. L'objectif principal de ma thèse a été ensuite d'examiner l'effet des facteurs d'épissage de pre-ARNm dans une forme autosomale dominante de RP (adRP). Un screening de 5 gènes candidats issus d'une large cohorte de patients a été effectué en utilisant la long-range PCR comme étape d'enrichissement, suivie par séquençage avec NGS. Nous avons testé deux approches différentes : dans la première, toutes les cibles PCRs de tous les patients ont été regroupées et séquencées comme une bibliothèque d'ADN unique; dans la seconde, les PCRs de chaque patient ont été séparées par code barres d'ADN. La première solution a été la plus économique, tandis que la seconde a permis d'obtenir des résultats plus rapides et précis. Dans l'ensemble, ces deux stratégies se sont démontrées efficaces pour le screening de gènes issus de divers échantillons. Nous avons pu identifier des nouvelles mutations faux-sens dans le gène SNRNP200, une hélicase ayant une fonction essentielle dans l'épissage. Il est intéressant de noter qu'une des ces mutations montre une pénétrance incomplète dans une famille atteinte d'adRP. Ainsi, nous avons commencé une étude sur les causes moléculaires entrainant des différences phénotypiques entre membres affectés et asymptomatiques de cette famille. Lors de l'étude de l'hypertension, j'ai rejoint un consortium européen pour réaliser une étude d'association Pangénomique ou genome-wide association study Grâce à l'utilisation de tableaux de génotypage très informatifs et de cohortes extrêmement bien caractérisées au niveau phénotypique, un nouveau locus lié à l'hypertension a été identifié dans la région promotrice du gène endothélial nitric oxide sinthase (NOS3). Par ailleurs, nous avons prouvé la cause directe du SNP associé au moyen de trois méthodes différentes: i) en reséquençant la cible avec NGS, ii) avec des essais à la luciférase et iii) une étude de population.

Endurance training enhances vasodilation induced by nitric oxide in human skin.

Résumé Il a été démontré que l'exercice physique modifiait le contrôle de la thermorégulation cutané, ce qui se manifeste par une augmentation de la perfusion de la microcirculation de la peau. Pour une même augmentation de température, ce phénomène est plus important chez les sportifs d'endurance que chez les sujets sédentaires. Dans cette étude, nous posons l'hypothèse qu'une composante de cette adaptation peut provenir d'une plus haute capacité des vaisseaux sanguins à répondre à un stimulus vasodilatateur. Pour la tester, nous avons recruté des hommes sains, non fumeurs, soit entraînés (surtout sport d'endurance) ou sédentaires que nous avons partagé en deux classes d'âges (18-35 ans [jeunes] et >50 ans[âgés]). Le flux sanguin cutané était mesuré par un laser-Doppler au niveau de la peau de l'avant-bras. Nous avons alors mesuré la vasodilatation obtenue par les stimuli suivant : Iontophorèse à l'acétylcholine (ACh, un vasodilatateur dépendant de l'endothélium), iontophorèse au nitroprussiate de sodium (SNP, un donneur d'oxyde nitrique) et par libération d'une interruption momentanée du flux artériel huméral (hyperémie réactive). Chez les sujets entraînés, l'effet de l'hyperémie réactive et de l'ACh n'ont pas montré de différence. Par contre, l'augmentation de la perfusion, suivant la iontophorèse de SNP, exprimé en unité de perfusion (PU), était plus importante chez les sujets entraînés que chez les sujets sédentaires (jeunes: 398±54 vs 350±87, p<0.05; âgés: 339±72 vs 307±66, p<0.05). Pour conclure, l'entraînement d'endurance augmente l'effet vasodilatateur de l'oxyde nitrique de la microcirculation cutanée humaine, au moins au niveau de la peau de l'avant-bras. Ces observations ont un intérêt physiologique considérable au vu des résultats d'études récentes qui montrent que le NO sert d'intermédiaire dans la vasodilatation cutanée produite par un stress thermique. Donc, l'augmentation de la bioactivité du NO dans la microcirculation cutanée pourrait être un des mécanismes par lequel l'entraînement physique modifierait le contrôle de la thermorégulation du flux sanguin cutané. Abstract Endurance training modifies the thermoregulatory control of skin blood flow, as manifested by a greater augmentation of skin perfusion for the same increase in core temperature in athletes, in comparison with se-dentary subjects. In this study, we tested the hypothesis that a component of this adaptation might reside in a higher ability of cutaneous blood vessels to respond to vasodilatory stimuli. We recruited healthy nonsmoking males, either endurance trained or sedentary, in two different age ranges (18-35 y and >50 y). Skin blood flow was measured in the forearm skin, using a laser Doppler imager, allowing to record the vasodilatory responses to the following stimuli: iontophoresis of acetylcholine (an endothelium-dependent vasodilator), iontophoresis of sodium nitroprusside (a nitric oxide donor), and release of a temporary interruption of arterial inflow (reactive hyperemia). There was no effect of training on reactive hyperemia or the response to acetylcholine. In contrast, the increase in perfusion following the iontophoresis of sodium nitroprusside, ex-pressed in perfusion units, was larger in trained than in sedentary subjects (younger: 398±54 vs 350±87, p<0.05; older 339±72 vs 307±66, p<0.05). In conclusion, endurance training enhances the vasodilatory effects of nitric oxide in the human dermal microcirculation, at least in forearm skin. These observations have considerable physiologic interest in view of recent data indicating that nitric oxide mediates in part the cutaneous vasodilation induced by heat stress in humans. Therefore, the augmentation of nitric oxide bioactivity in the dermal microcirculation might be one mechanism whereby endurance training modifies the thermoregulatory control of skin blood flow.

Implication of TNF family members in the immune response to the infection with the intracellular protozoan parasite "Leishmania major"

Suite à une infection avec le protozoaire Leishmania major (L. major), les souris sensibles de souche BALB/c développent des lésions progressives associées à une maturation des cellules CD4+ TH2 sécrétant de l'IL-4. A l'inverse, les souris résistantes de souche C57BL/6 guérissent à terme, sous l'influence de l'expansion des cellules CD4+ TH1 produisant de l'IFNy qui a un effet synergique avec le TNF ("tumor necrosis factor") sur l'activation des macrophages et leur fonction leishmanicide. Lors de notre étude nous avons montré que des souris C57BL/6 doublement déficientes en TNF et FasL ("Fas ligand") infectées par L. major ne guérissaient ni leur lésions ni ne contrôlaient la réplication de parasites malgré une réponse de type TH1. Bien que l'activité de synthétase inductible de l'oxyde nitrique ("iNOs") soit comparable chez les souris doublement ou simplement déficientes, seules celles déficientes en FasL ont démontré une incapacité à contrôler la réplication parasitaire. De surcroît il est apparu que le FasL a un effet synergique avec l'IFNy. L'adjonction de FasL à une culture cellulaire de macrophages stimulés par l'IFNy conduit à une activation de ces cellules. Celle-ci est démontrée par l'augmentation de la production de TNF et de NO par les macrophages ainsi que par l'élimination des parasites intracellulaires par ces mêmes cellules. Alors que le FasL et l'IFNy semblent essentiels au contrôle de la réplication des pathogènes intracellulaires, la contribution de TNF s'oriente davantage vers le contrôle de l'inflammation. L'activation macrophagique via Fas précède la mort cellulaire qui survient quelques jours plus tard. Cette mort cellulaire programmée était indépendante de la cascade enzymatique des caspases, au vu de l'absence d'effet de l'inhibiteur non-spécifique ZVAD-fmk des caspases. Ces résultats suggèrent que l'interaction Fas-FasL agit comme une costimulation nécessaire à une activation efficace des macrophages, la mort cellulaire survenant consécutivement à l'activation des macrophages.¦-¦Upon infection with the protozoan parasite Leishmania major (L. major), susceptible BALB/c mice develop non healing lesions associated with the maturation of CD4+ TH2 cells secreting IL-4. In contrast, resistant C57BL/6 mice are able to heal their lesions, because of CD4+ TH1 cell expansion and production of high levels of IFNy, which synergizes with tumour necrosis factor (TNF) in activating macrophages to their microbicidal state. In our study we showed that C57BL/6 mice lacking both TNF and Fas ligand (FasL) infected with L. major neither resolved their lesions nor controlled L. major replication despite a strong TH1 response. Although comparable inducible nitric oxide synthase (iNOs) was measured in single or double deficient mice, only mice deficient in FasL failed to control the parasite replication. Moreover FasL synergized with IFNy for the induction of leishmanicidal activity within macrophages infected with L. major in vitro. Addition of FasL to IFNy stimulated macrophages led to their activation, as reflected by the secretion of tumour necrosis factor and nitrite oxide, as well as the induction of their microbicidal activity, resulting in the killing of intracellular L. major. While FasL along with IFNy and iNOs appeared to be essential for the complete control of intracellular pathogen replication, the contribution of TNF appeared more important in controlling the inflammation on the site of infection. Macrophage activation via Fas pathway preceded cell death, which occurred a few days after Fas mediated activation. This program cell death was independent of caspase enzymatic activities as revealed by the lack of effect of ZVAD-fmk, a pan-caspase inhibitor. These results suggested that the Fas-FasL pathway, as part of the classical activation pathway of the macrophages, is essential in the stimulation of macrophage leading to a microbicidal state and to AICD, and may thus contribute to the pathogenesis of L. major infection.

Arginase as a marker of disease severity in human leishmaniasis

The leishmaniases are a group of diseases transmitted by the bite of Leishmania infected female phlebotomine sand flies. The diseases occur in different forms: localized, diffuse and muco-cutaneous leishmaniasis, and visceral leishmaniasis (VL). Inside macrophages, the main host cells of the obligate intracellular Leishmania parasites, nitric oxide synthase and arginase can regulate parasite killing or growth. In experimental leishmaniasis, we previously reported that non-healing disease is associated with higher arginase activity at site of pathology, correlating with local suppression of T cell function. To test whether these data translate to human leishmaniasis, the following study was initiated: I first tested the hypothesis that local suppression of T cell responses observed in persistent CL is associated with arginase induced L-arginine depletion. The results showed that arginase activity is increased at site of pathology compared to peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) of LCL patients and intact skin of healthy controls. The phenotype of arginase expressing cells was identified in both compartments as CD15+ CD14|0W low-density granulocytes (LDGs). Finally, high arginase activity at site of pathology observed in cutaneous lesions of patients coincides with downregulation of CD3Ç, CD4 and CD8 molecules in CD4+ and CD8+ T cells at site of pathology. We concluded that increased arginase levels in lesions of LCL patients might contribute to CL pathogenesis by impairing T cell effector function at site of pathology. Next, it was tested whether arginase, an enzyme associated with immunosuppression, is higher in patients with VL and contributes to impaired T cell function through depletion of L- arginine. The results showed that higher level of arginase activity in the PBMC coincides with active phase of VL. Cells expressing arginase in PBMCs were also found to be LDGs. Importantly, increased arginase activity and frequency of degranulated neutrophils coincided with lower plasma L-arginine levels. Furthermore, downregulation of CD3Ç, in T cells correlated with low plasma arginine levels. VL/HIV co-infection is a frequently reported leishmaniasis complication in Ethiopia associated with poor prognosis, with up to 40% mortality rate and high relapse rate. Arginase activity was significantly increased in PBMCs and plasma of VL patients co-infected with HIV than in those having VL alone. Similarly, cells expressing arginase in PBMCs were found to be LDGs. In summary, the results presented here show that increased arginase activity is a marker of disease severity in human leishmaniasis with and without HIV; further, these results suggest that arginase mediated L-arginine depletion may inhibit T cell function and contribute to impaired control of infection. - Les leishmanioses sont un groupe de maladies transmises par la piqûre de mouches des sables femelles, appelées phlébotomes, ayant été infectées par Leishmania. Les maladies se manifestent sous différentes formes: la leishmaniose cutanée localisée, la leishmaniose diffuse et mucocutanée et la leishmaniose viscérale (LV). A l'intérieur des macrophages, les principales cellules hôtes des parasites, l'oxyde nitrique synthase et l'arginase, peuvent contrôler, soit la mort du parasite, soit sa croissance. Pour la leishmaniose expérimentale, nous avons déjà rapporté que le développement de lesions qui ne guérissent pas est associé à une activité plus grande d'arginase au site d'infection, en corrélation avec la suppression locale de la fonction des cellules T. Pour vérifier si ces données pouvaient s'appliquer à la leishmaniose humaine, j'ai d'abord vérifié l'hypothèse selon laquelle la suppression locale des réponses des cellules T observée dans la CL persistante, est associée à la la diminution de L- arginine induite par l'arginase. Les résultats ont montré que l'activité arginase est augmentée au site d'infection, par rapport aux cellules mononucléées du sang périphérique (CMSP) de patients LCL et à la peau intacte des contrôles sains. Le phénotype de cellules exprimant l'arginase a été identifié dans les deux compartiments comme des granulocytes CD15+ et CD 14" de basse densité (LDG). Enfin, l'activité arginase élevée au site de la pathologie, observée dans les lésions cutanées de patients, coïncide avec la reduction dde l'expression des molécules CD3Ç, CD4 et CD8 dans les cellules T CD4+ et CD8+ au site de pathologie . Nous avons conclu que l'augmentation des niveaux d'arginase dans les lésions de patients LCL pourrait contribuer à la pathogenèse de la CL, en altérant la fonction effectrice des celllules T au site de la pathologie. Ensuite, nous avons vérifié si l'arginase, une enzyme associée à l'immunosuppression, était plus élevée chez les patients atteints de VL et si elle contribuait à la mauvaise fonction des cellules T par la depletion en L-arginine. Les résultats ont montré qu'un niveau plus élevé de l'activité arginase dans les PBMC correspond à la phase active de la VL. Les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP se sont révélées à être de type LDG . Il est important de souligner que l'augmentation de l'activité arginase et la fréquence des neutrophiles dégranulés a coïncidé avec des niveaux inférieurs de L-arginine plasmatique. En outre, la suppression de CD3Ç dans les cellules T correlle avec de faibles niveaux d'arginine plasmatique . Il a été fréquement rapporté que la co-infection VL/VIH est une complication de la leishmaniose en Ethiopie, associée à un mauvais prognostic, un taux de mortalité pouvant atteindre 40% et un pourcentage élevé de rechutes. L'activité de l'arginase a beaucoup plus augmentée dans les CMSP et le plasma de patients atteints de VL et co-infectés par le VIH, que chez ceux seulement attaints de VL. De même, les cellules exprimant l'arginase dans les CMSP sont aussi des LDG. En résumé, les résultats présentés ici montrent que l'augmentation de l'activité de l'arginase est un marqueur de gravité de la la leishmaniose humaine, avec ou sans VIH ; en outre, ces résultats suggèrent que la déplétion de L-arginine par l'arginase pourrait inhiber la fonction des cellules T et contribuer à un contrôle réduit de l'infection. - Les Leishmanioses sont des maladies parasitaires transmises par la piqûre d'une mouche des sables femelle (phlébotome) infectée par Leishmania. La maladie se manifeste sous différentes formes cliniques : la leishmaniose viscérale, une maladie progressive mortelle en l'absence de traitement, la leishmaniose muco-cutanée (MCL), la leishmaniose cutanée diffuse (LCD ) maladie mutilante, qui peut être de longue durée et la leishmaniose cutanée localisée maladie dont on guérit mais laissant une cicatrice inesthétique à vie. La maladie est largement répandue, elle affecte les populations les plus pauvres dans 98 pays et 350 millions de personnes à risque. Globalement on estime à 500.000 les nouveaux cas de la forme viscérale et 1-1.5 million ceux de la leishmaniose cutanée. La leishmaniose est fortement endémique en Ethiopie et se manifeste dans les formes viscérale et cutanée. Le parasite Leishmania infecte et se multiplie dans les cellules du système immunitaire, principalement les macrophages. Les macrophages sont capables de tuer le parasite Leishmania s'ils reçoivent des instructions correctes de la part d'autres cellules du système immunitaire, les lymphocytes. Les macrophages expriment deux enzymes importants, appelés oxide nitrique synthase inductible (iNOS ) et l'arginase, qui sont respectivement associés à la promotion de la mort du parasite et la multiplication. L'enzyme iNOS présent dans les macrophages métabolise l'arginine afin de générer de l'oxyde d'azote (NO) , une molécule effectrice nécessaire pour tuer le parasite . Au contraire, lorsque les macrophages sont activés d'une certaine manière conduisant à l'augmention de la régulation de l'arginase, ils métabolisent l'arginine en polyamines qui favorisent la croissance du parasite. Au cours du développement de la leishmaniose, les lymphocytes ne parviennent pas à transmettre aux macrophages les signaux nécessaires pour tuer le parasite. Les mécanismes cellulaires qui sont la cause de ce défaut, ne sont pas bien compris. En utilisant des modèles animaux, nous avons montré la régulation à la hausse de l'arginase au site de la pathologie, qui s'est traduit par l'altération de la fonction effectrice des lymphoctes. Nous avons initié des études de leishmaniose humaine en Ethiopie afin d'identifier le rôle de l'arginase dans la sévérité de la maladie. Nos résultats montrent, que l'arginase est fortement augmentée dans la lésion des patients CL, et dans le sang des patients VL et ceux co-infectés par VL / VIH. Le niveau d' arginase régulée à la hausse coincide avec l'expression inférieure d'une molécule de signalisation dans les lymphocytes, qui est essentielle à leur bon fonctionnement. En VL actif, l'augmentation d'arginase se traduit par la diminution de l'arginine qui est indispensable à la synthèse de NO et au bon fonctionnement des lymphocytes. Ainsi, l'incapacité des lymphocytes à envoyer des signaux adéquats aux macrophages pourrait être due à la suppression de l'arginine.

Induced sputum versus exhaled nitric oxide for the evaluation of airway inflammation in allergic paediatric asthma patients treated with omalizumab

Our purpose is to determine the inflammatory changes in the airways of allergic paediatric asthma patients treated with omalizumab, measured by the percentage of eosinophils in induced sputum and exhaled nitric oxide (FENO). We observed a progressive and statistically significant decrease of eosinophil count in the induced sputum meanwhile FENO, although very sensible, was a less reproducible and thus a less reliable method to evaluate chronic airway inflammation in this population. Induced sputum seems to be a better method to monitor chronic inflammation and thus the response to chronic omalizumab treatment while FENO measurement would be more useful to monitor acute events preceding exacerbations.

Decreased intraocular pressure induced by nitric oxide donors is correlated to nitrite production in the rabbit eye.

PURPOSE: To evaluate the effect of intraocular administration of nitric oxide (NO) donors in the rabbit eye on intraocular pressure (IOP), inflammation, and toxicity. METHODS: Intravitreal and intracameral injections of two NO donors, SIN-1 and SNAP, and SIN-1C and BSS were performed. Clinical examination, IOP measurements, protein evaluation in aqueous humor, and histologic analysis of the ocular globes were realized. Nitric oxide release was demonstrated by nitrite production in the aqueous humor and in the vitreous using the Griess reaction. RESULTS: The drastic decrease of IOP, observed after a single NO donor injection, was correlated directly with nitrite production and, thus, to NO release. Injection of inactive metabolite of SIN-1, SIN-1C, which is not able to release NO, did not modulate IOP. When administered in the aqueous humor or in the vitreous, NO did not diffuse from one segment of the eye to another. No inflammation or histologic damage was observed as a result of a single NO donor administration. CONCLUSIONS: Nitric oxide is implicated directly in the regulation of IOP and its acute, and massive release into the rabbit eye did not induce inflammation or other growth toxic effects on the ocular tissues.

Ventricular but not atrial electro-mechanical delay of the embryonic heart is altered by anoxia-reoxygenation and improved by nitric oxide.

BACKGROUND/AIM: Excitation-contraction coupling is modulated by nitric oxide (NO) which otherwise has either beneficial or detrimental effects on myocardial function during hypoxia-reoxygenation. This work aimed at characterizing the variations of electromechanical delay (EMD) induced by anoxia-reoxygenation within the developing heart and determining whether atrial and ventricular EMD are modulated by NO to the same extent. METHODS: Hearts of 4 or 4.5-day-old chick embryos were excised and submitted in vitro to normoxia (45 min), anoxia (30 min) and reoxygenation (60 min). Electrocardiogram and atrial and ventricular contractions were simultaneously recorded throughout experiment. Anoxia-reoxygenation-induced chrono-, dromo-and inotropic disturbances and changes in EMD in atrium (EMDa) and ventricle (EMDv) were investigated in control hearts and in hearts exposed to 0.1, 1, 10, 50 and 100 microM of DETA-NONOate (a NO donating agent) or to 50 microM of L-NAME (a NOS inhibitor). RESULTS: Under normoxia, heart rate, PR interval, ventricular shortening velocity, EMDa and EMDv were similar in control, L-NAME-treated and DETA-NONOate-treated hearts. Under anoxia, cardiac activity became markedly erratic within less than 10 min in all groups. At the onset of reoxygenation, EMDv was increased by about 300% with respect to the preanoxic value while EMDa did not vary significatively. Compared to control conditions, L-NAME or DETA-NONOate had no influence on the negative chrono-, dromo- and inotropic effects induced by anoxia-reoxygenation. However, L-NAME prolonged EMDv during anoxia and delayed EMDv recovery during reoxygenation while 100 microM DETA-NONOate had the opposite effects. EMDa was neither affected by NOS inhibitor nor NO donor. At the end of reoxygenation, all the investigated parameters returned to their basal values. CONCLUSION: This work provides evidence that a NO-dependent pathway is involved in regulation of the ventricular excitation-contraction coupling in the anoxic-reoxygenated developing heart.

Pulmonary-artery pressure and exhaled nitric oxide in Bolivian and Caucasian high altitude dwellers.

There is evidence that high altitude populations may be better protected from hypoxic pulmonary hypertension than low altitude natives, but the underlying mechanism is incompletely understood. In Tibetans, increased pulmonary respiratory NO synthesis attenuates hypoxic pulmonary hypertension. It has been speculated that this mechanism may represent a generalized high altitude adaptation pattern, but direct evidence for this speculation is lacking. We therefore measured systolic pulmonary-artery pressure (Doppler chocardiography) and exhaled nitric oxide (NO) in 34 healthy, middle-aged Bolivian high altitude natives and in 34 age- and sex-matched, well-acclimatized Caucasian low altitude natives living at high altitude (3600 m). The mean+/-SD systolic right ventricular to right atrial pressure gradient (24.3+/-5.9 vs. 24.7+/-4.9 mmHg) and exhaled NO (19.2+/-7.2 vs. 22.5+/-9.5 ppb) were similar in Bolivians and Caucasians. There was no relationship between pulmonary-artery pressure and respiratory NO in the two groups. These findings provide no evidence that Bolivian high altitude natives are better protected from hypoxic pulmonary hypertension than Caucasian low altitude natives and suggest that attenuation of pulmonary hypertension by increased respiratory NO synthesis may not represent a universal adaptation pattern in highaltitude populations.

Respiratory nitric oxide and pulmonary artery pressure in children of aymara and European ancestry at high altitude.

Invasive studies suggest that healthy children living at high altitude display pulmonary hypertension, but the data to support this assumption are sparse. Nitric oxide (NO) synthesized by the respiratory epithelium regulates pulmonary artery pressure, and its synthesis was reported to be increased in Aymara high-altitude dwellers. We hypothesized that pulmonary artery pressure will be lower in Aymara children than in children of European ancestry at high altitude, and that this will be related to increased respiratory NO. We therefore compared pulmonary artery pressure and exhaled NO (a marker of respiratory epithelial NO synthesis) between large groups of healthy children of Aymara (n = 200; mean +/- SD age, 9.5 +/- 3.6 years) and European ancestry (n = 77) living at high altitude (3,600 to 4,000 m). We also studied a group of European children (n = 29) living at low altitude. The systolic right ventricular to right atrial pressure gradient in the Aymara children was normal, even though significantly higher than the gradient measured in European children at low altitude (22.5 +/- 6.1 mm Hg vs 17.7 +/- 3.1 mm Hg, p < 0.001). In children of European ancestry studied at high altitude, the pressure gradient was 33% higher than in the Aymara children (30.0 +/- 5.3 mm Hg vs 22.5 +/- 6.1 mm Hg, p < 0.0001). In contrast to what was expected, exhaled NO tended to be lower in Aymara children than in European children living at the same altitude (12.4 +/- 8.8 parts per billion [ppb] vs 16.1 +/- 11.1 ppb, p = 0.06) and was not related to pulmonary artery pressure in either group. Aymara children are protected from hypoxic pulmonary hypertension at high altitude. This protection does not appear to be related to increased respiratory NO synthesis.

Intrauterine growth restriction is associated with structural alterations in human umbilical cord and decreased nitric oxide-induced relaxation of umbilical vein.

INTRODUCTION: Intrauterine growth restriction (IUGR) affects ∼8% of all pregnancies and is associated with major perinatal mortality and morbidity, and with an increased risk to develop cardiovascular diseases in adulthood. Despite identification of several risk factors, the mechanisms implicated in the development of IUGR remain poorly understood. In case of placental insufficiency, reduced delivery of oxygen and/or nutrients to the fetus could be associated with alterations in the umbilical circulation, contributing further to the impairment of maternal-fetal exchanges. We compared the structural and functional properties of umbilical cords from growth-restricted and appropriate for gestational age (AGA) term newborns, with particular attention to the umbilical vein (UV). METHODS: Human umbilical cords were collected at delivery. Morphological changes were investigated by histomorphometry, and UV's reactivity by pharmacological studies. RESULTS: Growth-restricted newborns displayed significantly lower growth parameters, placental weight and umbilical cord diameter than AGA controls. Total cross-section and smooth muscle areas were significantly smaller in UV of growth-restricted neonates than in controls. Maximal vasoconstriction achieved in isolated UV was lower in growth-restricted boys than in controls, whereas nitric oxide-induced relaxation was significantly reduced in UV of growth-restricted girls compared to controls. CONCLUSION: IUGR is associated with structural alterations of the UV in both genders, and with a decreased nitric oxide-induced relaxation in UV of newborn girls, whereas boys display impaired vasoconstriction. Further investigations will allow to better understand the regulation of umbilical circulation in growth-restricted neonates, which could contribute to devise potential novel therapeutic strategies to prevent or limit the development of IUGR.

Pulmonary-artery pressure and exhaled nitric oxide in bolivian and caucasian high altitude dwellers

Rapport de synthèse : Plusieurs études suggèrent que les populations vivant en haute altitude sont mieux protégées contre l'hypertension pulmonaire hypoxique que celles originaires de la plaine. Cependant, les mécanismes sous jacents ne sont pas bien compris. Chez les Tibétains, la synthèse augmentée par le système respiratoire de monoxyde d'azote (NO) atténue l'hypertension pulmonaire hypoxique. Il a été spéculé que ce mécanisme pourrait représenter un mode généralisé d'adaptation à la haute altitude, mais il n'existe pas de preuve directe qui consume cette hypothèse. Nous avons donc mesuré la pression artérielle pulmonaire (par échocardiographie Doppler) ainsi que la concentration du NO dans l'air exhalé chez 34 Boliviens en bonne santé, nés et ayant toujours vécus en haute altitude (3600 m) et chez 34 Caucasiens apparentés pour l'âge et le sexe, nés en basse altitude mais vivant depuis de nombreuses années à cette même haute altitude (3600 mètres). La pression artérielle pulmonaire (24.3±5.9 vs. 24.7±4.9 mm Hg) et le NO exhalé (19.2±7.2 vs. 22.5±9.5 ppb) étaient similaires chez les Boliviens et les Caucasiens. Il n'y avait aucune corrélation entre la pression artérielle pulmonaire et le NO respiratoire dans les deux groupes. Ces résultats ne fournissent donc aucune évidence que les Boliviens nés en haute altitude sont mieux protégés contre l'hypertension pulmonaire hypoxique que les Caucasiens nés à basse altitude. Cela suggère que l'atténuation de l'hypertension pulmonaire par une synthèse accrue de NO respiratoire ne représente pas un mode universel d'adaptation des populations à la haute altitude. Abstract : There is evidence that high altitude populations may be better protected from hypoxic pulmonary hypertension than low altitude natives, but the underlying mechanism is incompletely understood. In Tibetans, increased pulmonary respiratory NO synthesis attenuates hypoxic pulmonary hypertension. It has been speculated that this mechanism may represent a generalized high altitude adaptation pattern, but direct evidence for this speculation is lacking. We therefore measured systolic pulmonary-artery pressure (Doppler echocardiography) and exhaled nitric oxide (NO) in 34 healthy, middle-aged Bolivian high altitude natives and in 34 age- and sex-matched, well-acclimatized Caucasian low altitude natives living at high altitude (3600 m). The mean ± SD systolic right ventricular to right arterial pressure gradient (24.3 ± 5.9 vs. 24.7 ± 4.9 mmHg) and exhaled NO (19.2 ± 7.2 vs. 22.5 ± 9.5 ppb) were similar in Bolivians and Caucasians. There was no relationship between ,pulmonary-artery pressure and respiratory NO in the two groups. These findings provide no evidence that Bolivian high altitude natives are better protected from hypoxic pulmonary hypertension than Caucasian low altitude natives and suggest that attenuation of pulmonary hypertension by increased respiratory NO synthesis may not represent a universal adaptation pattern in highaltitude populations.

Neutron structure of type-III antifreeze protein allows the reconstruction of AFP-ice interface.

Antifreeze proteins (AFPs) inhibit ice growth at sub-zero temperatures. The prototypical type-III AFPs have been extensively studied, notably by X-ray crystallography, solid-state and solution NMR, and mutagenesis, leading to the identification of a compound ice-binding surface (IBS) composed of two adjacent ice-binding sections, each which binds to particular lattice planes of ice crystals, poisoning their growth. This surface, including many hydrophobic and some hydrophilic residues, has been extensively used to model the interaction of AFP with ice. Experimentally observed water molecules facing the IBS have been used in an attempt to validate these models. However, these trials have been hindered by the limited capability of X-ray crystallography to reliably identify all water molecules of the hydration layer. Due to the strong diffraction signal from both the oxygen and deuterium atoms, neutron diffraction provides a more effective way to determine the water molecule positions (as D(2) O). Here we report the successful structure determination at 293 K of fully perdeuterated type-III AFP by joint X-ray and neutron diffraction providing a very detailed description of the protein and its solvent structure. X-ray data were collected to a resolution of 1.05 Å, and neutron Laue data to a resolution of 1.85 Å with a "radically small" crystal volume of 0.13 mm(3). The identification of a tetrahedral water cluster in nuclear scattering density maps has allowed the reconstruction of the IBS-bound ice crystal primary prismatic face. Analysis of the interactions between the IBS and the bound ice crystal primary prismatic face indicates the role of the hydrophobic residues, which are found to bind inside the holes of the ice surface, thus explaining the specificity of AFPs for ice versus water.

Nitric Oxide Induces the Expression of the Monocarboxylate Transporter MCT4 in Cultured Astrocytes by a cGMP-Independent Transcriptional Activation

The monocarboxylate transporter MCT4 is a proton-linked carrier particularly important for lactate release from highly glycolytic cells. In the central nervous system, MCT4 is exclusively expressed by astrocytes. Surprisingly, MCT4 expression in primary cultures of mouse cortical astrocytes is conspicuously low, suggesting that an external, nonastrocytic signal is necessary to obtain the observed pattern of expression in vivo. Here, we demonstrate that nitric oxide (NO), delivered by various NO donors, time- and dose-dependently induces MCT4 expression in cultured cortical astrocytes both at the mRNA and protein levels. In contrast, NO does not enhance the expression of MCT1, the other astrocytic monocarboxylate transporter. The transcriptional effect of NO is not mediated by a cGMP-dependent mechanism as shown by the absence of effect of a cGMP analog or of a selective guanylate cyclase inhibitor. NO causes an increase in astrocytic lactate transport capacity which requires the enhancement of MCT4 expression as both are prevented by the use of a specific siRNA against MCT4. In addition, cumulated lactate release by astrocytes over a period of 24 h was also enhanced by NO treatment. Our data suggest that NO represents a putative intercellular signal to control MCT4 expression in astrocytes and in doing so, to facilitate lactate transfer to other surrounding cell types in the central nervous system. (C) 2011 Wiley-Liss, Inc.