The Role of Membrane Lipid Composition on Sarco(endo)plasmic Reticulum Calcium ATPase Function in Rat Soleus Muscle

Sarco(endo)plasmic reticulum calcium ATPase (SERCA) is a transmembrane protein whose function is regulated by its immediate lipid environment (annulus). The composition of the annulus is currently unknown or it’s susceptibility to a high saturated fat diet (HSFD). Furthermore it is uncertain if HSFD can protect SERCA from thermal stress. The purpose of the study was to determine SERCA annular lipid composition, resulting impact of a HSFD, and in turn, influence on SERCA activity with and without thermal stress. The major findings were annular lipids were shorter and more saturated compared to whole homogenate and HSFD had no effect on annular lipid composition or SERCA activity with and without thermal stress. Both average chain length and unsaturation index were positively correlated with SERCA activity with and without thermal stress. These findings suggest that annular lipid composition is different than whole homogenate and its composition appears to be related to SERCA function.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

Calmodulin/KCa3.1 channel interactions as determinant to the KCa3.1 Ca2+ dependent gating : theoretical and experimental analyses

Differentes études ont montré que la sensibilité au Ca2+ du canal KCa3.1, un canal potassique indépendant du voltage, était conférée par la protéine calmoduline (CaM) liée de façon constitutive au canal. Cette liaison impliquerait la région C-lobe de la CaM et un domaine de $\ikca$ directement relié au segment transmembranaire S6 du canal. La CaM pourrait égalment se lier au canal de façon Ca2+ dépendante via une interaction entre un domaine de KCa3.1 du C-terminal (CaMBD2) et la région N-lobe de la CaM. Une étude fut entreprise afin de déterminer la nature des résidus responsables de la liaison entre le domaine CaMBD2 de KCa3.1 et la région N-lobe de la CaM et leur rôle dans le processus d'ouverture du canal par le Ca2+. Une structure 3D du complexe KCa3.1/CaM a d'abord été générée par modélisation par homologie avec le logiciel MODELLER en utilisant comme référence la structure cristalline du complexe SK2.2/CaM (PDB: 1G4Y). Le modèle ainsi obtenu de KCa3.1 plus CaM prévoit que le segment L361-S372 dans KCa3.1 devrait être responsable de la liaison dépendante du Ca2+ du canal avec la région N-lobe de la CaM via les résidus L361 et Q364 de KCa3.1 et E45, E47 et D50 de la CaM. Pour tester ce modèle, les résidus dans le segment L361-S372 ont été mutés en Cys et l'action du MTSET+ (chargé positivement) et MTSACE (neutre) a été mesurée sur l'activité du canal. Des enregistrements en patch clamp en configuration ``inside-out`` ont montré que la liaison du réactif chargé MTSET+ au le mutant Q364C entraîne une forte augmentation du courant, un effet non observé avec le MTSACE. De plus les mutations E45A et E47A dans la CaM, ont empêché l'augmentation du courant initié par MTSET+ sur le mutant Q364C. Une analyse en canal unitaire a confirmé que la liaison MTSET+ à Q364C cause une augmentation de la probabilité d'ouverture de KCa3.1 par une déstabilisation de l'état fermé du canal. Nous concluons que nos résultats sont compatibles avec la formation de liaisons ioniques entre les complexes chargés positivement Cys-MTSET+ à la position 364 de KCa3.1 et les résidus chargés négativement E45 et E47 dans la CaM. Ces données confirment qu'une stabilisation électrostatique des interactions CaM/KCa3.1 peut conduire à une augmentation de la probabilité d'ouverture du canal en conditions de concentrations saturantes de Ca2+.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Neural substrates and functional connectivity associated with sleep-dependent and independent consolidation of new motor skills

La mémoire n’est pas un processus unitaire et est souvent divisée en deux catégories majeures: la mémoire déclarative (pour les faits) et procédurale (pour les habitudes et habiletés motrices). Pour perdurer, une trace mnésique doit passer par la consolidation, un processus par lequel elle devient plus robuste et moins susceptible à l’interférence. Le sommeil est connu comme jouant un rôle clé pour permettre le processus de consolidation, particulièrement pour la mémoire déclarative. Depuis plusieurs années cependant, son rôle est aussi reconnu pour la mémoire procédurale. Il est par contre intéressant de noter que ce ne sont pas tous les types de mémoire procédurale qui requiert le sommeil afin d’être consolidée. Entre autres, le sommeil semble nécessaire pour consolider un apprentissage de séquences motrices (s’apparentant à l’apprentissage du piano), mais pas un apprentissage d’adaptation visuomotrice (tel qu’apprendre à rouler à bicyclette). Parallèlement, l’apprentissage à long terme de ces deux types d’habiletés semble également sous-tendu par des circuits neuronaux distincts; c’est-à-dire un réseau cortico-striatal et cortico-cérébelleux respectivement. Toutefois, l’implication de ces réseaux dans le processus de consolidation comme tel demeure incertain. Le but de cette thèse est donc de mieux comprendre le rôle du sommeil, en contrôlant pour le simple passage du temps, dans la consolidation de ces deux types d’apprentissage, à l’aide de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle et d’analyses de connectivité cérébrale. Nos résultats comportementaux supportent l’idée que seul l’apprentissage séquentiel requiert le sommeil pour déclencher le processus de consolidation. Nous suggérons de plus que le putamen est fortement associé à ce processus. En revanche, les performances d’un apprentissage visuomoteur s’améliorent indépendamment du sommeil et sont de plus corrélées à une plus grande activation du cervelet. Finalement, en explorant l’effet du sommeil sur la connectivité cérébrale, nos résultats démontrent qu’en fait, un système cortico-striatal semble être plus intégré suite à la consolidation. C’est-à-dire que l’interaction au sein des régions du système est plus forte lorsque la consolidation a eu lieu, après une nuit de sommeil. En opposition, le simple passage du temps semble nuire à l’intégration de ce réseau cortico-striatal. En somme, nous avons pu élargir les connaissances quant au rôle du sommeil pour la mémoire procédurale, notamment en démontrant que ce ne sont pas tous les types d’apprentissages qui requièrent le sommeil pour amorcer le processus de consolidation. D’ailleurs, nous avons également démontré que cette dissociation de l’effet du sommeil est également reflétée par l’implication de deux réseaux cérébraux distincts. À savoir, un réseau cortico-striatal et un réseau cortico-cérébelleux pour la consolidation respective de l’apprentissage de séquence et d’adaptation visuomotrice. Enfin, nous suggérons que la consolidation durant le sommeil permet de protéger et favoriser une meilleure cohésion au sein du réseau cortico-striatal associé à notre tâche; un phénomène qui, s’il est retrouvé avec d’autres types d’apprentissage, pourrait être considéré comme un nouveau marqueur de la consolidation.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.

Age-Dependent Properties of Acid & Alkaline DNases in Chick Brain

Acid and alkaline DNase activities in partially purified preparations from young and old chick brain were measured. The specific activity of acid DNase from old brain was lower by about 50% than that of enzyme from young brain , whereas alkaline DNase exhibited only marginal difference in activity of the two preparations . Study of various properties, viz. heat-stability and effect of exogenous compounds like Mg=', Hgl', Zn=', PHM B , on these enzymes revealed that while acid DNase in old brain is more susceptible to heat and heavy metal ion inhibition , alkaline DNase is devoid of any age-dependent variation in its properties.

Zeolite encapsulated complexes of ruthenium: synthesis, characterisation and catalytic activity studies

The work presented in this thesis is mainly centered on the synthesis and characterization of some encapsulated transition metal complexes and the catalytic activity of the synthesized complexes in certain organic reactions.thesis deals with the catalytic activity of ruthenium-exchanged zeolite and the zeolite encapsulated complexes of SSC, SOD, SPD, AA, ABA, DMG, PCO, PCP, CPO and CPP in the hydroxylation of phenol using hydrogen peroxide. The products were analyzed with a GC to determine the percentage conversion and the chromatograms indicate the presence of different products like hydroquinone, catechol,benzoquinone, benzophenone etc. The major product formed is hydroquinone. From the screening studies, RuYSSC was found to be the most effective catalyst for phenol hydroxylation with 94.4% conversion and 76% hydroquinone selectivity. The influence of different factors like reaction time, temperature, amount of catalyst, effect of various solvents and oxidant to substrate ratio in the catalytic activity were studied in order to find out the optimum conditions for the hydroxylation reaction. The influence of time on the percentage conversion of phenol was studied by conducting the reactions for different durations varying from one hour to four hours. There is an induction period for all the complexes and the length of the induction period depends on the nature of the active components. Though the conversion of phenol and selectivity for hydroquinone. increases with time, the amount of benzoquinone formed decreases with time. This is probably due to the decomposition of benzoquinone formed during the initial stages of the reaction into other degradation products like benzophenones. The effect of temperature was studied by carrying out the reaction at three different temperatures, 30°C, 50°C and 70°C. Reactions carried at temperatures higher than 70°C result either in the decomposition of the products or in the formation of tarry products. Activity increased with increase in the amount of the catalyst up to a certain level. However further increase in the weight of the catalyst did not have any noticeable effect on the percentage conversion. The catalytic studies indicate that the oxidation reaction increases with increase in the volume of hydrogen peroxide till a certain volume. But further increase in the volume of H202 is detrimental as some dark mass is obtained after four hours of reaction. The catalytic activity is largely dependent on the nature of the solvent and maximum percentage conversion occurred when the solvent used is water. The intactness of the complexes within the zeolite cages enhances their possibility of recycling and the activities of the recycled catalysts show only a slight decrease when compared to the fresh samples .

Anti–white spot syndrome virus activity of Ceriops tagal aqueous extract in giant tiger shrimp Penaeus monodon

White spot syndrome virus (WSSV), the most contagious pathogen of cultured shrimp, causes mass mortality, leading to huge economic loss to the shrimp industry. The lack of effective therapeutic or prophylactic measures has aggravated the situation, necessitating the development of antiviral agents. With this objective, the antiviral activity in the aqueous extract of a mangrove plant Ceriops tagal in Penaeus monodon was evaluated. The Ceriops tagal aqueous extract (CTAE) was non-toxic to shrimps at 50 mg/ml when injected intramuscularly at a dosage of 10 lL/animal (0.5 mg/animal) and showed a protective effect against WSSV at 30 mg/ml when mixed with WSSV suspension at a 1:1 ratio. When the extract was administered along with the diet and the animals were challenged orally, there was a dose-dependent increase in survival, culminating in 100 % survival at a concentration of 500 mg/kg body weight/day. Neither hypertrophied nuclei nor the viral envelope protein VP28 could be demonstrated in surviving shrimps using histology and indirect immunofluorescence histochemistry (IIFH), respectively. To elucidate the mode of action, the temporal expression of WSSV genes and shrimp immune genes, including antimicrobial peptides, was attempted. None of the viral genes were found to be expressed in shrimps that were fed with the extract and challenged or in those that were administered CTAE-exposed WSSV. The overall results suggest that the aqueous extract from C. tagal can protect P. monodon from white spot syndrome virus infection.

Structural insights into the allosteric activation mechanism of cGMP-dependent protein kinase I

Cyclic GMP-dependent protein kinase (PKG) is a key transducer in the NO-cGMP signaling pathway. In this line, PKG has been considered an important drug target for treating hypertensive cardiovascular and pulmonary diseases. However, the investigation of PKG’s allosteric activation mechanism has been hampered by a lack of structural information. One of the fundamental questions on the cGMP-dependent activation of PKG is how the enzyme can distinguish cGMP over cAMP and selectively respond to cGMP. To ensure proper signaling, PKG must have developed unique features to ensure its activation upon the right activation signal. In this thesis, the cGMP-selective activation mechanism of PKG was studied through determining crystal structures of three truncated constructs of the regulatory domain [CNB-A (92-227), CNB-B (271-369), and CNB-A/B (92-351)] of PKG Iβ in the absence or presence of cyclic nucleotides. Herein, two individual CNB domain structures with biochemical data revealed that the C-terminal CNB domain (CNB-B) is responsible for cGMP selectivity, while the N-terminal CNB-domain (CNB-A) has a higher binding affinity for both cGMP and cAMP without showing any selectivity. Based on these crystal structures, mutagenesis studies were performed in which the critical residues for cyclic nucleotide selectivity and activation were identified. Furthermore, we discovered that the conformational changes of the C-terminal helix of the CNB-B that bridges between the regulatory and catalytic domains including the hydrophobic capping interaction are crucial for PKG activation. In addition, to observe the global conformation of the activated R-domain, I solved a co-crystal structure of the CNB-A/B with cGMP. Although a monomeric construct was crystallized, the structure displays a dimer. Strikingly, the CNB-A domain and its bound cGMP provide a key interface for this dimeric interaction. Using small angle X-ray scattering (SAXS), the existence of the cGMP-mediated dimeric interface within the CNB domains was confirmed. Furthermore, measuring cGMP-binding affinities (EC50) of the dimeric interface mutants as well as determining activation constants (Ka) revealed that the interface formation is important for PKG activation. To conclude, this thesis study provides a new mechanistic insight in PKG activation along with a newly found interface that can be targeted for designing PKG-specific activity modulators.

Further characterization of muscarinic agonist-induced epileptiform bursting activity in immature rat piriform cortex, in vitro

The characteristics of muscarinic acetylcholine receptor agonist-induced epileptiform bursting seen in immature rat piriform cortex slices in vitro were further investigated using intracellular recording, with particular focus on its postnatal age-dependence (P+14-P+30), pharmacology, site(s) of origin and the likely contribution of the muscarinic acetylcholine receptor agonist-induced post-stimulus slow afterdepolarization and gap junction functionality toward its generation. The muscarinic agonist, oxotremorine-M (10 microM), induced rhythmic bursting only in immature piriform cortex slices; however, paroxysmal depolarizing shift amplitude, burst duration and burst incidence were inversely related to postnatal age. No significant age-dependent changes in neuronal membrane properties or postsynaptic muscarinic responsiveness accounted for this decline. Burst incidence was higher when recorded in anterior and posterior regions of the immature piriform cortex. In adult and immature neurones, oxotremorine-M effects were abolished by M1-, but not M2-muscarinic acetylcholine receptor-selective antagonists. Rostrocaudal lesions, between piriform cortex layers I and II, or layer III and endopiriform nucleus in adult or immature slices did not influence oxotremorine-M effects; however, the slow afterdepolarization in adult (but not immature) lesioned slices was abolished. Gap junction blockers (carbenoxolone or octanol) disrupted muscarinic bursting and diminished the slow afterdepolarization in immature slices, suggesting that gap junction connectivity was important for bursting. Our data show that neural networks within layers II-III function as primary oscillatory circuits for burst initiation in immature rat piriform cortex during persistent muscarinic receptor activation. Furthermore, we propose that muscarinic slow afterdepolarization induction and gap junction communication could contribute towards the increased epileptiform susceptibility of this brain area.

Nerve terminal GABAA receptors activate Ca2+/calmodulin-dependent signaling to inhibit voltage-gated Ca2+ influx and glutamate release

-Aminobutyric acid type A (GABAA) receptors, a family of Cl-permeable ion channels, mediate fast synaptic inhibition as postsynaptically enriched receptors for -aminobutyric acid at GABAergic synapses. Here we describe an alternative type of inhibition mediated byGABAA receptors present on neocortical glutamatergic nerve terminals and examine the underlying signaling mechanism(s). By monitoring the activity of the presynaptic CaM kinase II/synapsin I signaling pathway in isolated nerve terminals, we demonstrate that GABAA receptor activation correlated with an increase in basal intraterminal [Ca2]i. Interestingly, this activation of GABAA receptors resulted in a reduction of subsequent depolarization-evoked Ca2 influx, which thereby led to an inhibition of glutamate release. To investigate how the observed GABAA receptor-mediated modulation operates, we determined the sensitivity of this process to the Na-K-2Cl cotransporter 1 antagonist bumetanide, as well as substitution of Ca2 with Ba2, or Ca2/calmodulin inhibition by W7. All of these treatments abolished the modulation by GABAA receptors. Application of selective antagonists of voltage-gated Ca2 channels (VGCCs) revealed that the GABAA receptor-mediated modulation of glutamate release required the specific activity of L- and R-type VGCCs. Crucially, the inhibition of release by these receptors was abolished in terminals isolated from R-type VGCC knock-out mice. Together, our results indicate that a functional coupling between nerve terminal GABAA receptors and L- or R-type VGCCs is mediated by Ca2/calmodulin-dependent signaling. This mechanism provides a GABA-mediated control of glutamatergic synaptic activity by a direct inhibition of glutamate release.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Shifts in rhizosphere microbial communities and enzyme activity of Poa alpina across an alpine chronosequence

This study quantifies the influence of Poa alpina on the soil microbial community in primary succession of alpine ecosystems, and whether these effects are controlled by the successional stage. Four successional sites representative of four stages of grassland development (initial, 4 years (non-vegetated); pioneer, 20 years; transition, 75 years; mature, 9500 years old) on the Rotmoos glacier foreland, Austria, were sampled. The size, composition and activity of the microbial community in the rhizosphere and bulk soil were characterized using the chloroform-fumigation extraction procedure, phospholipid fatty acid (PLFA) analysis and measurements of the enzymes beta-glucosidase, beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, leucine aminopeptidase, acid phosphatase and sulfatase. The interplay between the host plant and the successional stage was quantified using principal component (PCA) and multidimensional scaling analyses. Correlation analyses were applied to evaluate the relationship between soil factors (C-org, N-t, C/N ratio, pH, ammonium, phosphorus, potassium) and microbial properties in the bulk soil. In the pioneer stage microbial colonization of the rhizosphere of P. alpina was dependent on the reservoir of microbial species in the bulk soil. As a consequence, the rhizosphere and bulk soil were similar in microbial biomass (ninhydrin-reactive nitrogen (NHR-N)), community composition (PLFA), and enzyme activity. In the transition and mature grassland stage, more benign soil conditions stimulated microbial growth (NHR-N, total amount of PLFA, bacterial PLFA, Gram-positive bacteria, Gram-negative bacteria), and microbial diversity (Shannon index H) in the rhizosphere either directly or indirectly through enhanced carbon allocation. In the same period, the rhizosphere microflora shifted from a G(-) to a more G(+), and from a fungal to a more bacteria-dominated community. Rhizosphere beta-xylosidase, N-acetyl-beta-glucosaminidase, and sulfatase activity peaked in the mature grassland soil, whereas rhizosphere leucine aminopeptidase, beta-glucosidase, and phosphatase activity were highest in the transition stage, probably because of enhanced carbon and nutrient allocation into the rhizosphere due to better growth conditions. Soil organic matter appeared to be the most important driver of microbial colonization in the bulk soil. The decrease in soil pH and soil C/N ratio mediated the shifts in the soil microbial community composition (bacPLFA, bacPLFA/fungPLFA, G(-), G(+)/G(-)). The activities of beta-glucosidase, beta-xylosidase and phosphatase were related to soil ammonium and phosphorus, indicating that higher decomposition rates enhanced the nutrient availability in the bulk soil. We conclude that the major determinants of the microllora vary along the successional gradient: in the pioneer stage the rhizosphere microflora was primarily determined by the harsh soil environment; under more favourable environmental conditions, however, the host plant selected for a specific microbial community that was related to the dynamic interplay between soil properties and carbon supply. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of condensed tannins from tropical legumes on the activity of fibrolytic enzymes from the rumen fungus Neocallimastyx hurleyensis

A study was conducted to assess the effect of condensed tannins on the activity of fibrolytic enzymes from the anaerobic rumen fungus, Neocallimastix hurleyensis and a recombinant ferulic acid esterase (FAE) from the aerobic fungus Aspergillus niger. Condensed tannins were extracted from the tropical legumes Desmodium ovalifolium, Flemingia macrophylla, Leucaena leticocephala, Leucaena pallida, Calliandra calothyrsus and Clitoria fairchildiana and incubated in fungal enzyme mixtures or with the recombinant FAE. In most cases, the greatest reductions in enzyme activities were observed with tannins purified from D. ovalifolium and F macrophylla and the least with tannins from L leucocephala. Thus, whereas 40 mu g ml(-1) of condensed tannins from C. calothyrsus and L. leucocephala were needed to halve the activity of N. hurleyensis carboxymethylcellulase (CMCase), just 5.5 mu g ml(-1) of the same tannins were required to inhibit 50% of xylanase activity. The beta-D-glucosidase and beta-D-Xylosidase enzymes were less sensitive to tannin inhibition and concentrations greater than 100 mu g ml(-1) were required to reduce their activity by 50%. In other assays, the inhibitory effect of condensed tannins when added to incubation mixtures containing particulate substrates (the primary cell walls of E arundinacea) or when bound to these substrate was compared. Substrate-associated tannins were more effective in preventing fibrolytic activities than tannins added directly to incubations solutions. It was concluded that condensed tannins from tropical legumes can inhibit fibrolytic enzyme activities, although the extent of the effect was dependent on the tannin, the nature of its association with the substrate and the enzyme involved. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.