The role of daytime napping in sleepiness and cognitive function in 24-70 year olds /

Daytime napping improves well-being and performance for young adults. The benefits of napping in older adults should be investigated because they have fragmented nocturnal sleep, cognitive declines, and more opportunity to nap. In addition, experience with napping might influence the benefits of napping. Study 1 examined the role of experience with napping in young adults. Habitual (n = 23) and non-habitual nappers (n = 16) were randomly assigned to a 20-minute nap or a 20- minute reading condition. Both groups slept the same according to macro architecture. However, microarchitecture showed greater theta, alpha, and beta power during Stage 1, and greater delta, alpha, and sigma power during Stage 2 for habitual nappers, for the most part indicating better sleep. Both groups felt less sleepy after the nap. P2 latency, reflecting information processing, decreased after the nap for habitual nappers, and after the control condition for non-habitual nappers. In sum, both groups who slept felt better, but only the habitual nappers who napped gained a benefit in terms of information processing. Based on this outcome, experience with napping was investigated in Study 2. Study 2 examined the extent to which daytime napping enhanced cognition in older adults, especially frontal lobe function. Cognitive deficits in older adults may be due to sleep loss and age-related decline in brain functioning. Longer naps were expected to provide greater improvement, particularly for older adults, by reducing sleep pressure. Thirty-two adults, aged 24-70 years, participated in a repeated measures dose-response manipulation of sleep pressure. Twenty- and sixty-minute naps were compared to a no-nap condition in three age groups. Mood, subjective sleepiness, reaction time, working memory, 11 novelty detection, and waking electro physiological measures were taken before and after each condition. EEG was also recorded during each nap or rest condition. Napping reduced subjective sleepiness, improved working memory (serial addition / subtraction task), and improved attention (reduced P2 amplitude). Physiological sleepiness (i.e., waking theta power) increased following the control condition, and decreased after the longer nap. Increased beta power after the short nap, and seen with older adults overall, may have reflected increased mental effort. Older adults had longer latencies and smaller amplitudes for several event-related potential components, and higher beta and gamma power. Following the longer nap, gamma power decreased for older adults, but increased for young adults. Beta and gamma power may represent enhanced alertness or mental effort. In addition, Nl amplitude showed that benefits depend on the preceding nap length as well as age. Since the middle group had smaller Nl amplitudes following the short nap and rest condition, it is possible that they needed a longer nap to maintain alertness. Older adults did not show improvements to Nl amplitude following any condition; they may have needed a nap longer than 60 minutes to gain benefits to attention or early information processing. Sleep characteristics were not related to benefits of napping. Experience with napping was also investigated. Subjective data confirmed habitual nappers were happier to nap, while non-habitual nappers were happier to stay awake, reflecting self-identified napping habits. Non-habitual nappers were sleepier after a nap, and had faster brain activity (i.e., heightened vigilance) at sleep onset. These reasons may explain why non-habitual nappers choose not to nap.

The left atrial ganglionated plexus : its function and pathways relative to atrial fibrillation surgery

Le système nerveux autonome cardiaque est devenu une cible dans les thérapies ablatives de la fibrillation auriculaire. Nous avons étudié les voies de communication et la fonction des plexus ganglionnaires (PG) de l'oreillette gauche (PGOG) afin de clarifier la validité physiopathologique des méthodes de détection et des thérapies impliquant ces groupes de neuronnes. Méthodes: Vingt-deux chiens ont subi une double thoracotomie et ont été instrumentés avec des plaques auriculaires épidcardiques de multiélectrodes. Une stimulation électrique (2 mA, 15 Hz) des PGOG a été réalisée à l'état basal et successivement après: 1) une décentralisation vagale, 2) l'ablation par radiofréquence des plexus péri-aortiques et de la veine cave supérieure (Ao/VCS) et 3) l'ablation du PG de l'oreillette droite (PGOD). Ces procédures de dénervation ont été réalisées suivant une séquence antérograde (n = 17) ou rétrograde (n = 5). Résultats: Chez 17 des 22 animaux, la stimulation des PGOG a induit une bradycardie sinusale (149 ± 34 bpm vs 136 ± 28 bpm, p < 0.002) et des changements de repolarization (ΔREPOL) auriculaires isointégrales. Dans le groupe des ablations antérogrades, les réponses aux stimulations vagales ont été supprimées suite à la décentralisation vagale chez un seul animal, par l'ablation des plexus Ao/VCS dans 4 cas et par l'ablation du PGOG dans 5 autres animaux. Des changements ont persisté tout au long chez 2 chiens. La valeur de surface des ΔREPOL a diminué avec les dénervations séquentielles, passant de 365 ± 252 mm2 en basale à 53 ± 106 mm2 après l'ablation du PGOD (p < 0.03). Dans le groupe de dénervation rétrograde, les changements de repolarisation et chronotropiques ont été supprimés suite à l'ablation du PGOD chez deux chiens et suite à l'ablation Ao/VCS chez trois. La valeur de surface du ΔREPOL a aussi diminué après l'ablation du PGOD (269±144mm2 vs 124±158mm2, p<0.05). Conclusion: Les PGOD sont identifiables en préablation par la réponse bradycardique à la stimulation directe dans la plupart des cas. Le PGOD semble former la principale, mais non la seule, voie de communication avec le nœud sinusal. Ces résultats pourraient avoir des implications dans le traitement de la FA par méthodes ablatives.

Pro-fibrotic role of ERK3-MK5 during pressure-overload induced cardiac hypertrophy

Il y a 4 isoforme de p38 : α, β, δ, and γ. MK5, à l'origine identifié comme étant un régulateur de PRAK (Regulated/Activated Protein Kinase), est maintenant connu pour être activée par la protéine kinase p38 (qui est un mitogène activé par la protéine kinase, MAPK). Cette dernière est impliquée dans les mécanismes de fibrose et d'apoptose pendant l'hypertrophie cardiaque. De plus, MK5 est également activée par les MAPKs atypiques; ERK3 et ERK4. Bien qu’elles soient fortement exprimées dans le coeur, le rôle physiologique de MK5 et ERK3 demeure inconnu. Par conséquent, nous avons étudié l'effet de la constriction aortique transversale (TAC) – induisant un surcharge chronique de pression chez les souris hétèrozygotes knockout pour MK5 (MK5+/-) ou ERK3 (ERK3+/-) et pour leurs types sauvages (MK5+/+ et ERK3+/+). Deux sem post-TAC; le ratio de poids du coeur/poids corporel a été augmenté chez les 2 souris MK5+/- et MK5+/+. L'échocardiographie de la trans-thoracique démontre que la surcharge de pression a altéré la fonction diastolique du ventricule gauche chez MK5+/+, mais pas chez la souris MK5+/-. De plus, nous avons observé moins de dépôt de collagène, évalué par une coloration au trichrome de Masson, 2 et 3 sem post-TAC chez les souris MK5+/-. Parallèlement, le niveau de l’ARNm de collagène type1 alpha-1 a été significativement diminué dans les coeurs des souris MK5+/-, 2 et 3 sem post-TAC. De même, ERK3, mais pas ERK5 ni p38α, co-IP avec MK5 dans les 2 modèles des coeurs TAC; aigus ou chroniques. En revanche, l’ajout exogénique de GST-MK5 a abaissé ERK4 et p38α, mais pas ERK3 dans les lysâtes de coeur de souris. Par contre, GST-ERK3 et GST-p38α ne démontrent aucune co-IP avec MK5. Ces données suggèrent que dans le coeur seul ERK3, et non ERK4 ou p38α, est capable d’interagir avec, et réguler MK5. A niveau physiologique MK5 interagit entièrement avec ERK3 et par conséquent MK5 n’est pas disponible pour lier les protéines exogéniques. Les souris hétérozygotes pour ERK3 (ERK3+/-) ont également démontré une réduction ou une absence de collagène et une faible expression d’ARNm du collagène type1 alpha1, 3 sem post-TAC. Ces résultats démontrent un important rôle pro-fibrotique de la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression.Nous avons également démontré 5 variant d'épissage de (MK5.1-5), y compris la forme originale (MK5.1). MK5.2 et MK5.5 subissent une délétion de 6 paires de base dans l’exon 12 : MK5.3 manque l'exon 12 : MK5.4 et MK5.5 manquent les exons 2-6. L'expression des ARNm des différents variant d'épissage a été vérifiée par PCR en temps réel (qPCR). Bien que l’expression est ubiquitaire, l'abondance relative de chaque variant était tissu-spécifique (coeur, rein, pancréas, muscle squelettique, poumon, foie, et cerveau). En plus, l'abondance relative des variant d’épissage varie pendant la surcharge de pression et le développement postnatal du coeur. En outre, l'immunofluorescence a indiqué que MK5.1-5.3 se localise au noyau alors que MK5.4-5.5 est situé au niveau cytoplasmic dans les cellules HEK 293 non stimulées. Suite à une stimulation avec l'anisomycin, un activateur de p38 MAPK, MK5.1-5.3 se translocalise du noyau au cytoplasme alors qu’une petite fraction de MK5.4-5.5 translocalise vers le noyau. Ces variant d'épissage peuvent diversifier la signalisation de MK5-ERK3 dans coeur, mais leur rôle exact oblige des recherches supplémentaires. Excepté l’isoforme δ, toutes les isoformes de p38 sont exprimées dans le coeur et la forme α est considérée comme étant l'isoforme dominante. L’analyse par qPCR et immunobuvardage de type western ont démontré que p38α et p38γ sont les deux isoformes prédominantes alors que p38β et p38δ sont exprimées aux mêmes niveaux dans le coeur de rat adulte. L'immunofluorescence a démontré que p38α et p38γ se trouvent dans le cytoplasme et le noyau. Cependant, suite à la surcharge par TAC, p38γ s'est accumulé dans noyau tandis que la distribution de p38α est demeurée inchangée. Ainsi, l'abondance de p38γ et sa translocalisation nucléaire suite à la surcharge de pression indique un rôle potentiel dans l'expression génique pendant le remodelage cardiaque. En conclusion, nous avons mis en évidence pour la première fois un rôle pro-fibrotique pour la signalisation MK5-ERK3 pendant une surcharge chronique de pression. D'ailleurs, les niveaux comparables d'expression de p38γ avec p38α, et la localisation différentielle de p38γ pendant la surcharge aiguë ou chronique de pression suggèrent différents rôles possibles pour ces isoformes pendant le remodelage hypertrophique cardiaque.

Acute inactivation of the contralesional hemisphere for longer durations improves recovery after cortical injury

Au cours des dernières années, des méthodes non-invasives de stimulations permettant de moduler l’excitabilité des neurones suivant des lésions du système nerveux central ont été développées. Ces méthodes sont maintenant couramment utilisées pour étudier l’effet de l’inhibition du cortex contralésionnel sur la récupération motrice à la suite d’un accident vasculocérébral (AVC). Bien que plusieurs de ces études rapportent des résultats prometteurs, les paramètres permettant une récupération optimale demeurent encore inconnus. Chez les patients victimes d'un AVC, il est difficile de débuter les traitements rapidement et d'initier l’inhibition dans les heures suivant la lésion. L'impact de ce délai est toujours inconnu. De plus, aucune étude n’a jusqu’à maintenant évalué l’effet de la durée de l’inhibition sur la récupération du membre parétique. Dans le laboratoire du Dr Numa Dancause, nous avons utilisé un modèle bien établi de lésion ischémique chez le rat pour explorer ces questions. Nos objectifs étaient d’évaluer 1) si une inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures qui suivent la lésion peut favoriser la récupération et 2) l’effet de la durée de l’inactivation sur la récupération du membre parétique. Suite à une lésion dans le cortex moteur induite par injections d’un vasoconstricteur, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel à l’aide d’une pompe osmotique assurant l’infusion continue d’un agoniste du GABA (Muscimol). Dans différents groupes expérimentaux, nous avons inactivé l’hémisphère contralésionnel pour une durée de 3, 7 et 14 jours suivant la lésion. Dans un autre groupe, le Muscimol a été infusé pour 14 jours mais à un débit moindre de façon à pouvoir étudier le lien entre la fonction du membre non-parétique et la récupération du membre parétique. Les données comportementales de ces groupes ont été comparées à celles d’animaux ayant récupéré de façon spontanée d'une lésion similaire. Nos résultats indiquent que l’augmentation de la durée de l’inactivation (de 3 à 14 jours) accélère la récupération du membre parétique. De plus, les deux groupes ayant reçu une inactivation d'une durée de 14 jours ont montré une plus grande récupération fonctionnelle que le groupe n’ayant pas reçu d’inactivation de l’hémisphère contralésionnel, le groupe contrôle. Nos résultats suggèrent donc que l’inactivation de l’hémisphère contralésionnel initiée dans les heures suivant la lésion favorise la récupération du membre parétique. La durée d’inhibition la plus efficace (14 jours) dans notre modèle animal est beaucoup plus longues que celles utilisées jusqu’à maintenant chez l’homme. Bien qu’il soit difficile d’extrapoler la durée idéale à utiliser chez les patients à partir de nos données, nos résultats suggèrent que des traitements de plus longue durée pourraient être bénéfiques. Finalement, un message clair ressort de nos études sur la récupération fonctionnelle après un AVC: dans le développement de traitements basés sur l’inhibition de l’hémisphère contralésionnel, la durée de l’inactivation est un facteur clef à considérer.

Análisis ecocardiográfico de la función sistólica del ventrículo izquierdo por médicos no cardiólogos con un dispositivo de bolsillo

Se realizó un estudio transversal, se incluyeron 3 residentes no cardiólogos y se les dio formación básica en ecocardiografía (horas teóricas 22, horas prácticas 65), con recomendaciones de la Sociedad Americana de Ecocardiografia y aportes del aprendizaje basado en problemas, con el desarrollo de competencia técnicas y diagnósticas necesarias, se realizó el análisis de concordancia entre residentes y ecocardiografistas expertos, se recolectaron 122 pacientes hospitalizados que cumplieran con los criterios de inclusión y exclusión, se les realizo un ecocardiograma convencional por el experto y una valoración ecocardiográfica por el residente, se evaluó la ventana acústica, contractilidad, función del ventrículo izquierdo y derrame pericárdico. La hipótesis planteada fue obtener una concordancia moderada. Resultados: Se analizó la concordancia entre observadores para la contractilidad miocárdica (Kappa: 0,57 p=0,000), función sistólica del ventrículo izquierdo (Kappa 0,54 p=0.000) siendo esta moderada por estar entre 0,40 – 0,60 y con una alta significancia estadística, para la calidad de la ventana acústica (Kappa: 0,22 p= 0.000) y presencia de derrame pericárdico (Kappa: 0,26 p= 0.000) se encontró una escasa concordancia ubicándose entre 0,20 – 0,40. Se estableció una sensibilidad de 90%, especificidad de 67%, un valor predictivo positivo de 80% y un valor predictivo negativo de 85% para el diagnóstico de disfunción sistólica del ventrículo izquierdo realizado por los residentes.

Efectos de la asociación vasopresina-noradrenalina en pacientes pediátricos con choque séptico refractario

Objetivo: Evaluar el efecto sobre presión arterial media (PAM), estancia hospitalaria, mortalidad y perfusión tisular con el uso de vasopresores en niños con choque séptico refractario en la Unidad de Cuidado Intensivo pediátrico de la Fundación CardioInfantil. Materiales y Métodos: Estudio observacional de cohorte retrospectiva en niños de 1 mes a 18 años con choque séptico refractario atendidos de enero 2008 a diciembre 2013 tratados con noradrenalina sola ó vasopresina-noradrenalina. Se excluyeron pacientes con choque de otra etiología, cardiopatías congénitas, diabetes insípida y muerte encefálica. Se estimaron, como medidas de asociación riesgos relativos con sus respectivos intervalos de confianza al 95%.Resultados: Se evaluaron 129 pacientes, de los cuales 51% eran niños, edad promedio 52 meses con una mortalidad global del 34.1%. La PAM inicial en ambos grupos mostró incremento significativo que se mantuvo en las siguientes 3 horas (p<0,005). La mortalidad en el grupo PRISM III de bajo riesgo fue menor con la noradrenalina sola (p<0,005 RR3,7 IC95% 1,16-12,2) pero igual en ambos grupos en los de riesgo moderado según esta escala(p=0,42 RR 0,88 IC95% 0,60-1,30). No se encontraron diferencias estadísticamente significativas en estancia en UCIP (p=0,79) ni hospitalaria total (p=0,96) pero sí mejoría en función hepática (p=0,004)y renal (p<0,005) del grupo de vasopresina-noradrenalina Conclusiones: La asociación vasopresina-noradrenalina mejora la PAM cuando no se han alcanzado metas con un solo vasopresor en pacientes con choque séptico refractario. Se necesitan estudios prospectivos que corroboren estos hallazgos. Palabras claves:Choque séptico refractario, noradrenalina, vasopresina, mortalidad.

Anestesia regional y periférica guiada por ultrasonido en el paciente critico

El presente trabajo es un capítulo de libro titulado “Anestesia Regional y Periférica Guiada por Ultrasonido en el Paciente Crítico” que será incluido en la última edición del libro “Manual de Ultrasonido en Terapia Intensiva y Emergencias” cuyo editor es el Doctor José de Jesús Rincón Salas y que será publicado por la Editorial Prado de México para distribución latinoamericana desde dicho país. Por solicitud del editor y teniendo en cuenta el enfoque del libro, el presente trabajo está dirigido a estudiantes de formación, médicos graduados y especialistas en las áreas de cuidado intensivo, anestesiología, dolor, medicina interna y medicina de urgencias. Tiene como propósito empapar de conocimientos necesarios y prácticos en anestesia regional a personas que usualmente no han tenido contacto con la anestesia regional, pues desafortunadamente sólo en los últimos años ha sido posible que la anestesia regional haya comenzado a salir de las salas de cirugía, ámbito donde ha estado confinada tradicionalmente. El lenguaje utilizado es sencillo y el capítulo ha sido escrito para que sea fácil de leer y consultar, dejando así mensajes muy claros sobre la utilidad, viabilidad e implicaciones que tiene el uso de anestesia regional guiada por ultrasonido en cuidado intensivo. Los autores esperamos que de esta manera, el presente capítulo permita continuar superando los obstáculos que se interponen entre los invaluables beneficios de la anestesia regional y los pacientes de cuidado intensivo que necesitan de ella.

Inhibition of E2F abrogates the development of cardiac myocyte hypertrophy

Growth of the post- natal mammalian heart occurs primarily by cardiac myocyte hypertrophy. Previously, we and others have shown that a partial re- activation of the cell cycle machinery occurs in myocytes undergoing hypertrophy such that cells progress through the G(1)/ S transition. In this study, we have examined the regulation of the E2F family of transcription factors that are crucial for the G(1)/ S phase transition during normal cardiac development and the development of myocyte hypertrophy in the rat. Thus, mRNA and protein levels of E2F- 1, 3, and 4 and DP- 1 and DP- 2 were down- regulated during development to undetectable levels in adult myocytes. Interestingly, E2F- 5 protein levels were substantially up- regulated during development. In contrast, an induction of E2F- 1, 3, and 4 and the DP- 1 protein was observed during the development of myocyte hypertrophy in neonatal myocytes treated with serum or phenylephrine, whereas the protein levels of E2F- 5 were decreased with serum stimulation. E2F activity, as measured by a cyclin E promoter luciferase assay and E2F- DNA binding activity, increased significantly during the development of hypertrophy with serum and phenylephrine compared with non- stimulated cells. Inhibiting E2F activity with a specific peptide that blocks E2F- DP heterodimerization prevented the induction of hypertrophic markers ( atrial natriuretic factor and brain natriuretic peptide) in response to serum and phenylephrine, reduced the increase in myocyte size, and inhibited protein synthesis in stimulated cells. Thus, we have shown that the inhibition of E2F function prevents the development of hypertrophy. Targeting E2F function might be a useful approach for treating diseases that cause pathophysiological hypertrophic growth.

The full-spectrum correlated-k method for longwave atmospheric radiative transfer using an effective Planck function

The correlated k-distribution (CKD) method is widely used in the radiative transfer schemes of atmospheric models and involves dividing the spectrum into a number of bands and then reordering the gaseous absorption coefficients within each one. The fluxes and heating rates for each band may then be computed by discretizing the reordered spectrum into of order 10 quadrature points per major gas and performing a monochromatic radiation calculation for each point. In this presentation it is shown that for clear-sky longwave calculations, sufficient accuracy for most applications can be achieved without the need for bands: reordering may be performed on the entire longwave spectrum. The resulting full-spectrum correlated k (FSCK) method requires significantly fewer monochromatic calculations than standard CKD to achieve a given accuracy. The concept is first demonstrated by comparing with line-by-line calculations for an atmosphere containing only water vapor, in which it is shown that the accuracy of heating-rate calculations improves approximately in proportion to the square of the number of quadrature points. For more than around 20 points, the root-mean-squared error flattens out at around 0.015 K/day due to the imperfect rank correlation of absorption spectra at different pressures in the profile. The spectral overlap of m different gases is treated by considering an m-dimensional hypercube where each axis corresponds to the reordered spectrum of one of the gases. This hypercube is then divided up into a number of volumes, each approximated by a single quadrature point, such that the total number of quadrature points is slightly fewer than the sum of the number that would be required to treat each of the gases separately. The gaseous absorptions for each quadrature point are optimized such that they minimize a cost function expressing the deviation of the heating rates and fluxes calculated by the FSCK method from line-by-line calculations for a number of training profiles. This approach is validated for atmospheres containing water vapor, carbon dioxide, and ozone, in which it is found that in the troposphere and most of the stratosphere, heating-rate errors of less than 0.2 K/day can be achieved using a total of 23 quadrature points, decreasing to less than 0.1 K/day for 32 quadrature points. It would be relatively straightforward to extend the method to include other gases.

Arresting developments in the cardiac myocyte cell cycle: Role of cyclin-dependent kinase inhibitors

Like most other cells in the body, foetal and neonatal cardiac myocytes are able to divide and proliferate. However, the ability of these cells to undergo cell division decreases progressively during development such that adult myocytes are unable to divide. A major problem arising from this inability of adult cardiac myocytes to proliferate is that the mature heart is unable to regenerate new myocardial tissue following severe injury, e.g. infarction, which can lead to compromised cardiac pump function and even death. Studies in proliferating cells have identified a group of genes and proteins that controls cell division. These proteins include cyclins, cyclin-dependent kinases (CDKs) and CDK inhibitors (CDKIs), which interact with each other to form complexes that are essential for controlling normal cell cycle progression. A variety of other proteins, e.g. the retinoblastoma protein (pRb) and members of the E2F family of transcription factors, also can interact with, and modulate the activities of, these complexes. Despite the major role that these proteins play in other cell types, little was known until recently about their existence and activities in immature (proliferating) or mature (non-proliferating) cardiac myocytes. The reason(s) why cardiac myocytes lose their ability to divide during development remains unknown, but if strategies were developed to understand the mechanisms underlying cardiac myocyte growth, it could open up new avenues for the treatment of cardiovascular disease. In this article, we shall review the function of the cell cycle machinery and outline some of our recent findings pertaining to the involvement of the cell cycle in modulating cardiac myocyte growth and hypertrophy.

Robust initialisation of Gaussian radial basis function networks using partitioned k-means clustering

Radial basis function networks can be trained quickly using linear optimisation once centres and other associated parameters have been initialised. The authors propose a small adjustment to a well accepted initialisation algorithm which improves the network accuracy over a range of problems. The algorithm is described and results are presented.

Codon and mRNA sequence optimization of microdystrophin transgenes improves expression and physiological outcome in dystrophic mdx mice following AAV2/8 gene transfer

Duchenne muscular dystrophy is a fatal muscle-wasting disorder. Lack of dystrophin compromises the integrity of the sarcolemma and results in myofibers that are highly prone to contraction-induced injury. Recombinant adenoassociated virus (rAAV)-mediated dystrophin gene transfer strategies to muscle for the treatment of Duchenne muscular dystrophy (DMD) have been limited by the small cloning capacity of rAAV vectors and high titers necessary to achieve efficient systemic gene transfer. In this study, we assess the impact of codon optimization on microdystrophin (ΔAB/R3-R18/ΔCT) expression and function in the mdx mouse and compare the function of two different configurations of codon-optimized microdystrophin genes (ΔAB/R3-R18/ΔCT and ΔR4-R23/ΔCT) under the control of a muscle-restrictive promoter (Spc5-12). Codon optimization of microdystrophin significantly increases levels of microdystrophin mRNA and protein after intramuscular and systemic administration of plasmid DNA or rAAV2/8. Physiological assessment demonstrates that codon optimization of ΔAB/R3-R18/ΔCT results in significant improvement in specific force, but does not improve resistance to eccentric contractions compared with noncodon-optimized ΔAB/ R3-R18/ΔCT. However, codon-optimized microdystrophin ΔR4-R23/ΔCT completely restored specific force generation and provided substantial protection from contraction-induced injury. These results demonstrate that codon optimization of microdystrophin under the control of a muscle-specific promoter can significantly improve expression levels such that reduced titers of rAAV vectors will be required for efficient systemic administration.

Delivery of AAV2/9-microdystrophin genes incorporating helix 1 of the coiled-coil motif in the C-terminal domain of dystrophin improves muscle pathology and restores the level of α1-syntrophin and α-dystrobrevin in skeletal muscles of mdx mice. Level of α1-Syntrophin and α-Dystrobrevin in Skeletal Muscles of mdx Mice

Duchenne muscular dystrophy is a severe X-linked inherited muscle wasting disorder caused by mutations in the dystrophin gene. Adeno-associated virus (AAV) vectors have been extensively used to deliver genes efficiently for dystrophin expression in skeletal muscles. To overcome limited packaging capacity of AAV vectors (<5 kb), truncated recombinant microdystrophin genes with deletions of most of rod and carboxyl-terminal (CT) domains of dystrophin have been developed. We have previously shown the efficiency of mRNA sequence–optimized microdystrophin (ΔR4-23/ΔCT, called MD1) with deletion of spectrin-like repeat domain 4 to 23 and CT domain in ameliorating the pathology of dystrophic mdx mice. However, the CT domain of dystrophin is thought to recruit part of the dystrophin-associated protein complex, which acts as a mediator of signalling between extracellular matrix and cytoskeleton in muscle fibers. In this study, we extended the ΔR4-23/ΔCT microdystrophin by incorporating helix 1 of the coiled-coil motif in the CT domain of dystrophin (MD2), which contains the α1-syntrophin and α-dystrobrevin binding sites. Intramuscular injection of AAV2/9 expressing CT domain–extended microdystrophin showed efficient dystrophin expression in tibialis anterior muscles of mdx mice. The presence of the CT domain of dystrophin in MD2 increased the recruitment of α1-syntrophin and α-dystrobrevin at the sarcolemma and significantly improved the muscle resistance to lengthening contraction–induced muscle damage in the mdx mice compared with MD1. These results suggest that the incorporation of helix 1 of the coiled-coil motif in the CT domain of dystrophin to the microdystrophins will substantially improve their efficiency in restoring muscle function in patients with Duchenne muscular dystrophy.

Regulation of bcl-2 family proteins during development and in response to oxidative stress in cardiac myocytes: association with changes in mitochondrial membrane potential.

Cardiac myocyte apoptosis is potentially important in many cardiac disorders. In other cells, Bcl-2 family proteins and mitochondrial dysfunction are probably key regulators of the apoptotic response. In the present study, we characterized the regulation of antiapoptotic (Bcl-2, Bcl-xL) and proapoptotic (Bad, Bax) Bcl-2 family proteins in the rat heart during development and in oxidative stress-induced apoptosis. Bcl-2 and Bcl-xL were expressed at high levels in the neonate, and their expression was sustained during development. In contrast, although Bad and Bax were present at high levels in neonatal hearts, they were barely detectable in adult hearts. We confirmed that H(2)O(2) induced cardiac myocyte cell death, stimulating poly(ADP-ribose) polymerase proteolysis (from 2 hours), caspase-3 proteolysis (from 2 hours), and DNA fragmentation (from 8 hours). In unstimulated neonatal cardiac myocytes, Bcl-2 and Bcl-xL were associated with the mitochondria, but Bad and Bax were predominantly present in a crude cytosolic fraction. Exposure of myocytes to H(2)O(2) stimulated rapid translocation of Bad (<5 minutes) to the mitochondria. This was followed by the subsequent degradation of Bad and Bcl-2 (from approximately 30 minutes). The levels of the mitochondrial membrane marker cytochrome oxidase remained unchanged. H(2)O(2) also induced translocation of cytochrome c from the mitochondria to the cytosol within 15 to 30 minutes, which was indicative of mitochondrial dysfunction. Myocytes exposed to H(2)O(2) showed an early loss of mitochondrial membrane potential (assessed by fluorescence-activated cell sorter analysis) from 15 to 30 minutes, which was partially restored by approximately 1 hour. However, a subsequent irreversible loss of mitochondrial membrane potential occurred that correlated with cell death. These data suggest that the regulation of Bcl-2 and mitochondrial function are important factors in oxidative stress-induced cardiac myocyte apoptosis.

Regulation of gene and protein expression in cardiac myocyte hypertrophy and apoptosis

Considerable efforts have been expended in elucidating the inter-cellular and intra-cellular signaling pathways which elicit cardiac myocyte hypertrophy or apoptosis, and in identifying the changes which are associated with the end-stage of the response. The challenge now is to link the two. Although some of the signaling effects will be the acute modulation of existing protein function, long-term effects which bring about and maintain the hypertrophic state or which culminate in cell death are mediated at the level of gene and protein expression. With the advances in micro-array technology and genome sequencing, it is now possible to obtain a picture of the global gene expression profile in myocytes or in whole heart which dictates the proteins which could be made. This is not the final picture since additional regulation at the level of translation modulates the relative proportions of each protein that can be made from the transcriptome. Even here, further regulation of protein stability and turnover means that ultimately it is still necessary to examine the proteome to determine what may cause the functional changes in a cell. Thus, in order to gain a full picture of events which regulate the response and gain some insight into possible points of intervention for therapy, it is necessary to examine gene expression, mRNA translation and protein expression in concert.