The specific in vivo role of PPARgamma and its downstream signaling pathway in the pathophysiology of Osteoarthritis

L'arthrose est une maladie articulaire dégénérative, avec une pathogenèse inconnue. Des études récentes suggèrent que l'activation du facteur de transcription du récepteur activateur de la prolifération des peroxysomes (PPAR) gamma est une cible thérapeutique pour ce maladie. Les agonistes du PPARγ inhibent l'inflammation et réduisent la synthèse des produits de dégradation du cartilage in vitro et in vivo. Cependant, des études utilisant des agonistes du PPARγ n’élucident pas les effets exacts médiés par ce gène complexe. En effet, certains de ces agonistes ont la capacité de régulariser d'autres voies de signalisation indépendantes de PPARγ, ainsi entraînant des effets secondaires graves. Afin d'obtenir une efficacité thérapeutique avec potentiellement moins de problèmes de sécurité, il est donc essentiel d'élucider, in vivo, le rôle exact de PPARγ dans la physiopathologie OA. Mon projet de thèse permettra de déterminer, pour la première fois, le rôle spécifique de PPARγ in vivo dans la physiopathologie OA. Les souris utilisées pour l’étude avaient une délétion conditionnelle du gène PPARγ dans le cartilage. Ces dernières ont été générées en employant le système LoxP/Cre. Pour tester cette hypothèse, j'ai généré deux types de souris avec une délétion au PPARγ, (a) une suppression du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage germinale pour l'étude de l'arthrose liée au développement et à l'âge et (b) la suppression inductible du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage chez la souris adulte pour les études OA. L’étude précédente dans notre laboratoire, utilisant ces souris ayant une délétion au gène PPARγ germinales, montre que ces souris présentent des anomalies du développement du cartilage. J'ai également exploré si ces souris qui présentent des défauts précoces du développement ont toutes les modifications phénotypiques dans le cartilage au cours du vieillissement. Mes résultats ont montré que les souris adultes, ayant une délétion au gène PPARγ, ont présenter un phénotype de l'arthrose spontanée associée à une dégradation du cartilage, l’hypocellularité, la fibrose synoviale. Cette étude a montré que PPARγ est un régulateur essentiel pour le cartilage, et c’est le manque (l’absence) de ce dernier qui conduit à un phénotype de l'arthrose spontanée accélérée (American Journal of Pathologie). A partir de ce but de l'étude, on n’a pas pu vérifier si ces souris présentaient l’OA spontanée en raison des défauts de développement ou à la suite de la délétion du gène PPARγ. Pour contourner les défauts de développement, j'ai généré des souris ayant une délétion du gène PPARγ spécifiquement dans le cartilage inductible avec le système Col2rTACre. Ces souris ont été soumises à modèle de la chirurgie OA (DMM: déstabilisation du ménisque médial) et les résultats révèlent que les souris PPARγ KO ont une dégradation accélérée du cartilage, une hypocellularité, une fibrose synoviale et une augmentation de l'expression des marqueurs cataboliques et des marqueurs inflammatoire. La perte de PPAR dans le cartilage articulaire est un évènement critique qui initie la dégradation de cartilage dans OA. Les études récentes suggèrent que le procès d’autophagie, une forme de survie cellulaire programmée, est altéré pendant l’OA et peut contribuer vers une protection diminuée des cellules, résultant la dégradation du cartilage. J’ai donc exploré le rôle de PPARγ dans la protection des cellules en déterminant l’effet de manque de PPARγ dans le cartilage par l’expression de mTOR (régulateur négatif principal d’autophagie) et les gènes d’autophagie durant OA. Mes résultats ont montré que les souris KO PPARγ présentent également une augmentation sur l'expression de mTOR et une diminution sur l’expression des marqueurs autophagiques en comparaison avec les chondrocytes articulaires isolés des souris contrôles OA. J'ai suggéré l'hypothèse que PPARγ contrôle la régulation de la signalisation de mTOR/autophagie, et finalement la mort des chondrocytes et l’expression des facteurs cataboliques et les facteurs inflammatoire. Pour tester cette hypothèse, j’ai fait la transfection des chondrocytes arthrosiques PPARγ-KO avec le vecteur d’expression de PPARγ pour déterminer si la restauration de l'expression de PPARγ peut sauver le phénotype des cellules PPARγ-KO OA. J'ai observé que la restauration de l'expression de PPARγ dans les cellules PPARγ-KO en présence du vecteur d'expression PPARγ, a pu considérablement régulariser négativement l'expression de mTOR et mettre en règle positivement l'expression des gènes autophagiques ainsi que le sauvetage significative de l'expression du collagène de type II et l’aggrecan et de baisser de manière significative l'expression de marqueurs cataboliques critiques et des marqueurs inflammatoires. Pour prouver que l’augmentation de la signalisation de mTOR et la diminution de l'autophagie est responsable du phénotype OA accélérée observée dans les souris PPARγ KO in vivo, j'ai généré les souris doubles KO PPARγ- mTOR inductible spécifique du cartilage en utilisant le système Col2 - rtTA -Cre et soumis ces souris à DMM modèle de l'arthrose. Mes résultants démontrent que les souris avec PPARγ- mTOR doubles KO ont été significativement protégés contre les OA DMM induites associées à une protection significative contre la destruction du cartilage, la perte de protéoglycanes et la perte de chondro-cellularité par rapport aux souris témoins. Considérant que mTOR est un répresseur majeur de l'autophagie, j'ai trouvé que l'expression de deux marqueurs de l'autophagie critiques (ULK1 et LC3B) a été significativement plus élevée dans les chondrocytes extraits les souris doubles KO PPARγ-mTOR par rapport aux souris témoins. En plus, les études de sauvetage in vitro en utilisant le vecteur d'expression PPAR et les études in vivo utilisant les souris doubles KO PPARγ- mTOR montrent que PPARγ est impliqué dans la régulation de la protéine signalant de mTOR/autophagie dans le cartilage articulaire. Ces résultats contournent PPARγ et sa signalisation en aval de mTOR/autophagie en tant que cibles thérapeutiques potentielles pour le traitement de l'arthrose.

Rôle de la plasticité synaptique des interneurones somatostatinergiques dans l’apprentissage et la mémoire dépendants de l’hippocampe

La plasticité synaptique activité-dépendante forme la base physiologique de l’apprentissage et de la mémoire dépendants de l’hippocampe. Le rôle joué par les différents sous-types d’interneurones dans l’apprentissage et la mémoire hippocampiques reste inconnu, mais repose probablement sur des mécanismes de la plasticité spécifique aux synapses de certains sous-types d’interneurones. Les synapses excitatrices établies sur les interneurones de l’oriens-alveus dans l’aire CA1 exhibent une forme persistante de potentialisation à long terme induite par la stimulation chimique des récepteurs métabotropiques du glutamate de type 1 (mGluR1) [mGluR1-mediated chemical late long-term potentiation (cL-LTPmGluR1)]. Le présent projet de recherche avait pour objectifs d’identifier les sous-types d’interneurones de l’oriens-alveus exprimant la cL-LTPmGluR1 et d’examiner les mécanismes d’induction et d’expression de celle-ci. Nous avons déterminé que la stimulation répétée des mGluR1 induit de la cL-LTPmGluR1 aux synapses excitatrices établies sur le sous-type d’interneurones exprimant le peptide somatostatine (SOM-INs). Des enregistrements électrophysiologiques couplés à des inhibiteurs pharmacologiques et à un knock-out fonctionnel de mammalian target of rapamycin complexe 1 (mTORC1) ont montré que l’induction de la cL-LTPmGluR1 (qui consiste en trois applications de l’agoniste des mGluR1/5, le (S)-3,5-dihydroxyphénylglycine (DHPG) en présence de l’antagoniste des récepteurs métabotropiques du glutamate de type 5 (mGluR5), le 2-méthyl-6-(phényléthynyl)-pyridine (MPEP)) des SOM-INs requiert les voies de signalisation des mGluR1, de extracellular signal-regulated protein kinase (ERK) et de mTORC1. L’ensemble de nos résultats montre qu’une forme persistante de plasticité synaptique sous-tendue par mTORC1 est induite par la stimulation répétée des mGluR1 dans les interneurones hippocampiques exprimant le peptide somatostatine. La connaissance des mécanismes sous-tendant la cL-LTPmGluR1, couplée à l’utilisation de modèles animal in vivo, rendront maintenant possible le blocage de la cL-LTPmGluR1 dans les SOM-INs et l’examen de son rôle dans l’apprentissage et la mémoire dépendants de l’hippocampe.

Studies on IL-18 in HIV infection : effects of the cytokine on intestinal integrity, and platelets as a new source of the cytokine

L'interleukine IL-18 (IL-18), un membre de la famille de l’IL-1, est une cytokine pro-inflammatoire multifonctionnelle. Elle est produite par les monocytes, les macrophages, les cellules dendritiques, les cellules épithéliales, les kératinocytes et le cortex surrénal dans le corps humain. Cette cytokine est d'abord produite comme une protéine précurseure inactive, qui est par la suite clivée en une forme mature par la caspase-1 activée. La caspase, en elle-même, existe comme précurseur inactif dans les cellules humaines et requiert l'assemblage d'inflammasomes pour son activation. L'IL-18 pour joue un rôle clé dans la médiation des conditions inflammatoires. Notre laboratoire et d'autres ont montré que l'infection par le VIH est accompagnée d'une augmentation des taux circulants d'IL-18 avec une diminution des niveaux de son antagoniste, l'interleukine-18 binding protein (IL-18BP). Dans cette thèse, nous démontrons pour que l'IL-18 est également produite et sécrétée par les plaquettes humaines lors de leur activation. Les plaquettes contiennent des composants de l'inflammasome. Ils assemblent et activent la caspase-1, qui ensuite traite le précurseur de l'IL-18 dans sa forme mature au cours du processus d'activation des plaquettes. La cytokine est synthétisée de novo lors de l'activation des plaquettes. Contrairement à l'IL-18, les plaquettes expriment constitutivement l’IL-18BP, et la libèrent de manière constitutive, ainsi que lors de l'activation. L'IL-18 et l'IL-18BP sont colocalisés avec CD63, un marqueur pour les granules α des plaquettes. L'IL-18 libéré des plaquettes constitue la source principale de cette cytokine dans la circulation humaine chez les individus sains. Nous avons identifié des concentrations faibles de cette cytokine dans les lysats de plaquettes chez les individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. D'autre part, les concentrations ont été augmentées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes chez les individus infectés. Des résultats similaires ont été obtenus avec l'IL-18BP dans les lysats de plaquettes d'individus sains et infectés par le VIH. Cependant, des quantités plus faibles de cet antagoniste ont été trouvées dans le sérum et le plasma pauvre en plaquettes d'individus infectés par le VIH par rapport à ceux en santé. Nos résultats ont des implications importantes pour les maladies inflammatoires chroniques dans laquelle une activité accrue de l'IL-18 joue un rôle pathogène. Le VIH est également accompagné par une inflammation intestinale et une diminution de l'intégrité intestinale, mesurée par la réparation de la muqueuse, la régénération et la perméabilité. Cependant, on en sait peu sur la relation entre le niveau élevé de l'IL-18 associé à l'infection au VIH et la perméabilité intestinale: ceci n'a jamais été étudié. Dans cette thèse, nous démontrons le rôle du virus et sa protéine Tat à augmenter la production d'IL-18 chez deux lignées de cellules épithéliales intestinales (HT29 et Caco2) ainsi qu'une diminution de l'IL-18BP. L'IL-18 induit une hyperperméabilité de la barrière épithéliale en perturbant à la fois les jonctions serrées et adhérentes, et ce, en modulant l'expression et la distribution de l'occludine, de claudine-2 et de la bêta-caténine. Une désorganisation de l'actine F a également été observée dans les cellules lors de l'incubation avec l'IL-18. Les mêmes observations ont été faites avec la protéine Tat du VIH-1. Après une incubation prolongée, l'IL-18 a causé la mort des cellules intestinales et induit l'apoptose par l'activation de la caspase-1 et la caspase-3. Fait intéressant, les taux plasmatiques de lipopolysaccharides chez trois catégories différentes de patients au VIH (ART-naïf, ART-traitée et contrôleurs élite) sont en corrélation avec les niveaux plasmatiques de l'IL-18. Enfin, nous avons étudié la voie de signalisation à travers laquelle l'IL-18 induit une perméabilité intestinale accrue. En bref, nos études identifient les plaquettes comme une source importante d'IL-18, et leur activation lors d'une infection à VIH contribue à des concentrations accrues de cette cytokine. Le virus entraine également l'augmentation de la production de cytokines par les cellules épithéliales intestinales. L'activité biologique accrue de ces cytokines contribue à la pathogenèse du sida en augmentant la perméabilité intestinale et en causant la mort des cellules intestinales. L'IL-18 pourrait servir de cible moléculaire pour retarder la progression du sida et réduire l'inflammation chronique dans un stade précoce d'une infection à VIH.

Le système endocannabinoïde dans la rétine du singe : expression, localisation et fonctions

Le cannabis produit de nombreux effets psychologiques et physiologiques sur le corps humain. Les molécules contenues dans cette plante, désignées comme « phytocannabinoïdes », activent un système endogène qu’on appelle le système endocannabinoïde (eCB). Les effets de la consommation de cannabis sur la vision ont déjà été décrits sans cependant de formulation sur les mécanismes sous-jacents. Ces résultats comportementaux suggèrent, malgré tout, la présence de ce système eCB dans le système visuel, et particulièrement dans la rétine. Cette thèse vise donc à caractériser l’expression, la localisation et le rôle du système eCB dans la rétine du singe vervet, une espèce animale ayant un système visuel semblable à celui de l’humain. Nous avons mis au point un protocole expérimental d’immunohistochimie décrit dans l’article apparaissant dans l’Annexe I que nous avons utilisé pour répondre à notre objectif principal. Dans une première série de quatre articles, nous avons ainsi caractérisé l’expression et la localisation de deux récepteurs eCBs reconnus, les récepteurs cannabinoïdes de type 1 (CB1R) et de type 2 (CB2R), et d’un 3e présumé récepteur aux cannabinoïdes, le récepteur GPR55. Dans l’article 1, nous avons démontré que CB1R et une enzyme clé de ce système, la fatty acid amide hydrolase (FAAH), sont exprimés dans les parties centrale et périphérique de la rétine, et abondamment présents dans la fovéa, une région où l’acuité visuelle est maximale. Dans l’article 2, nous avons localisé le CB2R dans des cellules gliales de la rétine : les cellules de Müller et nous avons proposé un modèle sur l’action de cette protéine dans la fonction rétinienne faisant appel à une cascade chimique impliquant les canaux potassiques. Dans l’article 3, nous avons observé le GPR55 exclusivement dans les bâtonnets qui sont responsables de la vision scotopique et nous avons soumis un deuxième modèle de fonctionnement de ce récepteur par le biais d'une modulation des canaux calciques et sodiques des bâtonnets. Vu que ces 3 récepteurs se retrouvent dans des cellules distinctes, nous avons suggéré leur rôle primordial dans l’analyse de l’information visuelle au niveau rétinien. Dans l’article 4, nous avons effectué une analyse comparative de l’expression du système eCB dans la rétine de souris, de toupayes (petits mammifères insectivores qui sont sont considérés comme l’étape intermédiaire entre les rongeurs et les primates) et de deux espèces de singe (le vervet et le rhésus). Ces résultats nous ont menés à présenter une hypothèse évolutionniste quant à l’apparition et à la fonction précise de ces récepteurs. Dans les articles subséquents, nous avons confirmé notre hypothèse sur le rôle spécifique de ces trois récepteurs par l’utilisation de l’électrorétinographie (ERG) après injection intravitréenne d’agonistes et d’antagonistes de ces récepteurs. Nous avons conclu sur leur influence indéniable dans le processus visuel rétinien chez le primate. Dans l’article 5, nous avons établi le protocole d’enregistrement ERG normalisé sur le singe vervet, et nous avons produit un atlas d’ondes ERG spécifique à cette espèce, selon les règles de l’International Society for Clinical Electrophysiology of Vision (ISCEV). Les patrons électrorétinographiques se sont avérés semblables à ceux de l’humain et ont confirmé la similarité entre ces deux espèces. Dans l’article 6, nous avons démontré que le blocage de CB1R ou CB2R entraine une modification de l’électrorétinogramme, tant au niveau photopique que scotopique, ce qui supporte l’implication de ces récepteurs dans la modulation des ondes de l’ERG. Finalement, dans l’article 7, nous avons confirmé le modèle neurochimique proposé dans l’article 3 pour expliquer le rôle fonctionnel de GPR55, en montrant que l’activation ou le blocage de ce récepteur, respectivement par un agoniste (lysophosphatidylglucoside, LPG) ou un antagoniste (CID16020046), entraine soit une augmentation ou une baisse significative de l’ERG scotopique seulement. Ces données, prises ensemble, démontrent que les récepteurs CB1R, CB2R et GPR55 sont exprimés dans des types cellulaires bien distincts de la rétine du singe et ont chacun un rôle spécifique. L’importance de notre travail se manifeste aussi par des applications cliniques en permettant le développement de cibles pharmacologiques potentielles dans le traitement des maladies de la rétine.

Novel1, 3-Dipolar Cycloaddition Reactions of Acyclic Carbonyl Ylides and Related Chemistry

The thesis entitled novel 1,3-dipolar cycloaddition reactions of acyclic carbonyl ylides and related chemistry embodies the results of the investigations carried out to explore the reactivity of acyclic carbonyl ylides,generated by the reaction of dicarbomethoxy carbine and aldehydes towards dipolarophiles such as activated styrenes,1,2-and 1,4-quinones. In conclusion ,we have explored the reactivity pattern of acyclic carbonyl ylides derived from dicarbomethoxycarbene and aldehyde towards activated styrenes with a view to develop a stereoselective synthesis of highly substituted tetrahydrofuran derivatives. It was also found that the ylide could be trapped by various 1,2-and 1,4-diones to form dioxolane derivatives. It is noteworthy that the cycloaddition is highly region- and stereoselective. With isatins the ylide preferentially adds to the more electrone deficient carbonyl group making it regiospecific. Hetrocyclic compounds are of pivotal importance in organic chemistry, and enormous efforts have been devoted to develop new methodologies for their synthesis. It is noteworthy in this context that, 1,3-dipolar cycloaddition reaction,otherwise called Huisgen reaction, constitutes one of the most efficient methods for the synthesis of five membered heterocycles. Among the various dipoles, carbonyl ylides have received substiancial attention in recent years largely due to their utility in the synthesis of a wide range of oxygen hetrocycles, which are often found as structural subunits of many bioactive natural products.

Personalized nutrition for the prevention of cardiovascular disease: a future perspective

Cardiovascular disease (CVD) is responsible for significant morbidity and mortality in the Western and developing world. This multifactorial disease is influenced by many environmental and genetic factors. At present, public health advice involves prescribed population-based recommendations, which have been largely unsuccessful in reducing CVD risk. This is, in part, due to individual variability in response to dietary manipulations, that arises from nutrient-gene interactions (defined by the term 'nutrigenetics'). The shift towards personalized nutritional advice is a very attractive proposition, where, in principle, an individual can be given dietary advice specifically tailored to their genotype. However, the evidence-base for the impact of interactions between nutrients and fixed genetic variants on biomarkers of CVD risk is still very limited. This paper reviews the evidence for interactions between dietary fat and two common polymorphisms in the apolipoprotein E and peroxisome proliferator-activated receptor-gamma genes. Although an increased understanding of how these and other genes influence response to nutrients should facilitate the progression of personalized nutrition, the ethical issues surrounding its routine use need careful consideration.

Degree of oxidation of low density lipoprotein affects expression of CD36 and PPAR gamma, but not cytokine production, by human monocyte-macrophages

Oxidized low-density lipoprotein (oxLDL) exhibits many atherogenic effects, including the promotion of monocyte recruitment to the arterial endothelium and the induction of scavenger receptor expression. However, while atherosclerosis involves chronic inflammation within the arterial intima, it is unclear whether oxLDL alone provides a direct inflammatory stimulus for monocyte-macrophages. Furthermore, oxLDL is not a single, well-defined entity, but has structural and physical properties which vary according to the degree of oxidation. We tested the hypothesis that the biological effects of oxLDL will vary according to its degree of oxidation and that some species of oxLDL will have atherogenic properties, while other species may be responsible for its inflammatory activity. The atherogenic and inflammatory properties of LDL oxidized to predetermined degrees (mild, moderate and extensive oxidation) were investigated in a single system using human monocyte-derived macrophages. Expression of CD36 mRNA was up-regulated by mildly- and moderately-oxLDL, but not highly-oxLDL. The expression of the transcription factor, proliferator-activated receptor-gamma (PPARgamma), which has been proposed to positively regulate the expression of CD36, was increased to the greatest degree by highly-oxLDL. However, the DNA binding activity of PPARgamma was increased only by mildly- and moderately-oxLDL. None of the oxLDL species appeared to be pro-inflammatory towards monocytes, either directly or indirectly through mediators derived from lymphocytes, regardless of the degree of oxidation. (C) 2003 Published by Elsevier Science Ireland Ltd.

The production, purification and characterisation of two novel alpha-D-mannosidases from Aspergillus phoenicis

1,6-alpha-D-Mannosidase from Aspergillits phoenicis was purified by anion-exchange chromatography, chromatofocussing and size-exclusion chromatography. The apparent molecular weight was 74 kDa by SDS-PAGE and 81 kDa by native-PAGE. The isoelectric point was 4.6. 1,6-alpha-D-Mannosidase had a temperature optimum of 60 degrees C, a pH optimum of 4.0-4.5. a K-m of 14 mM with alpha-D-Manp-(1 -> 6)-D-Manp as substrate. It was strongly inhibited by Mn2+ and did not need Ca2+ or any other metal cofactor of those tested. The enzyme cleaves specifically (1 -> 6)-linked mannobiose and has no activity towards any other linkages, p-nitrophenyl-alpha-D-mannopyranoside or baker's yeast mannan. 1,3(1,6)-alpha-D-Mannosidase from A. phoenicis was purified by anion-exchange chromatography, chromatofocus sing and size-exclusion chromatography. The apparent molecular weight was 97 kDa by SDS-PAGE and 110 kDa by native-PAGE. The 1,3(1,6)-alpha-D-mannosidase enzyme existed as two charge isomers or isoforms. The isoelectric points of these were 4.3 and 4.8 by isoelectric focussing. It cleaves alpha-D-Manp-(1 -> 3)-D-Manp 10 times faster than alpha-D-Manp-(1 -> 6)-D-Manp, has very low activity towards p-nitrophenyl-alpha-D-mannopyranoside and baker's yeast mannan, and no activity towards alpha-D-Manp-(1 -> 2)-D-Manp. The activity towards (1 -> 3)-linked mannobiose is strongly activated by 1 mM Ca2+ and inhibited by 10 mM EDTA, while (1 -> 6)-activity is unaffected, indicating that the two activities may be associated with different polypeptides. It is also possible that one polypeptide may have two active sites catalysing distinct activities. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Influence of birth weight on gene regulators of lipid metabolism and utilization in subcutaneous adipose tissue and skeletal muscle of neonatal pigs.

Epidemiological studies suggest that low-birth weight infants show poor neonatal growth and increased susceptibility to metabolic syndrome, in particular, obesity and diabetes. Adipose tissue development is regulated by many genes, including members of the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) and the fatty acid-binding protein (FABP) families. The aim of this study was to determine the influence of birth weight on key adipose and skeletal muscle tissue regulating genes. Piglets from 11 litters were ranked according to birth weight and 3 from each litter assigned to small, normal, or large-birth weight groups. Tissue samples were collected on day 7 or 14. Plasma metabolite concentrations and the expression of PPARG2, PPARA, FABP3, and FABP4 genes were determined in subcutaneous adipose tissue and skeletal muscle. Adipocyte number and area were determined histologically. Expression of FABP3 and 4 was significantly reduced in small and large, compared with normal, piglets in adipose tissue on day 7 and in skeletal muscle on day 14. On day 7, PPARA and PPARG2 were significantly reduced in adipose tissue from small and large piglets. Adipose tissue from small piglets contained more adipocytes than normal or large piglets. Birth weight had no effect on adipose tissue and skeletal muscle lipid content. Low-birth weight is associated with tissue-specific and time-dependent effects on lipid-regulating genes as well as morphological changes in adipose tissue. It remains to be seen whether these developmental changes alter an individual's susceptibility to metabolic syndrome.

Oxygen/Glucose deprivation induces a reduction in synaptic AMPA receptors on hippocampal CA3 neurons mediated by mGluR1 and adenosine A3 receptors

Hippocampal CA1 pyramidal neurons are highly sensitive to ischemic damage, whereas neighboring CA3 pyramidal neurons are less susceptible. It is proposed that switching of AMPA receptor (AMPAR) subunits on CA1 neurons during an in vitro model of ischemia, oxygen/glucose deprivation (OGD), leads to an enhanced permeability of AMPARs to Ca2+, resulting in delayed cell death. However, it is unclear whether the same mechanisms exist in CA3 neurons and whether this underlies the differential sensitivity to ischemia. Here, we investigated the consequences of OGD for AMPAR function in CA3 neurons using electrophysiological recordings in rat hippocampal slices. Following a 15 min OGD protocol, a substantial depression of AMPAR-mediated synaptic transmission was observed at CA3 associational/commissural and mossy fiber synapses but not CA1 Schaffer collateral synapses. The depression of synaptic transmission following OGD was prevented by metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1) or A3 receptor antagonists, indicating a role for both glutamate and adenosine release. Inhibition of PLC, PKC, or chelation of intracellular Ca2+ also prevented the depression of synaptic transmission. Inclusion of peptides to interrupt the interaction between GluA2 and PICK1 or dynamin and amphiphysin prevented the depression of transmission, suggesting a dynamin and PICK1-dependent internalization of AMPARs after OGD. We also show that a reduction in surface and total AMPAR protein levels after OGD was prevented by mGluR1 or A3 receptor antagonists, indicating that AMPARs are degraded following internalization. Thus, we describe a novel mechanism for the removal of AMPARs in CA3 pyramidal neurons following OGD that has the potential to reduce excitotoxicity and promote neuroprotection

Lack of association between serum adiponectin levels and the Pro12Ala polymorphism in Asian Indians

AIMS: The aim of the study was to investigate the association of serum adiponectin levels with the Pro12Ala polymorphism of the peroxisome proliferator activated receptor-gamma (PPARG) gene in Asian Indians. METHODS: We selected 400 diabetic subjects, 200 with the Pro12Pro genotype (100 male and 100 female) and 200 with the Pro12Ala genotype (100 male and 100 female) and 400 age- and sex-matched normal glucose tolerance subjects with similar genotype profiles from the Chennai Urban Rural Epidemiology Study. Fasting serum adiponection levels were measured using radioimmunoassay. The Pro12Ala polymorphism was genotyped by PCR-restriction fragment length polymorphism using BstUI. RESULTS: All clinical and biochemical parameters were similar in the subjects with the Pro12Pro and Pro12Ala genotypes. There was no significant difference in serum adiponectin values between subjects with the Pro12Pro and Pro12Ala genotypes (males 5.4 vs. 5.8 microg/ml, P = 0.546; females 6.9 vs. 7.2 microg/ml, P = 0.748). Adiponectin values did not differ among these two genotypes even when categorized based on their diabetes status (normal glucose tolerance Pro12Pro 7.9 vs. Pro12Ala 7.7 microg/ml, P = 0.994; diabetes Pro12Pro 4.7 vs. Pro12Ala 5.4 microg/ml, P = 0.622). CONCLUSION: The Pro12Ala polymorphism of the PPARG gene is not associated with serum adiponectin levels in Asian Indians.

Tumor necrosis factor alpha triggers proliferation of adult neural stem cells via IKK/NF-kappaB signaling

BACKGROUND: Brain inflammation has been recognized as a complex phenomenon with numerous related aspects. In addition to the very well-described neurodegenerative effect of inflammation, several studies suggest that inflammatory signals exert a potentially positive influence on neural stem cell proliferation, migration and differentiation. Tumor necrosis factor alpha (TNF-alpha) is one of the best-characterized mediators of inflammation. To date, conclusions about the action of TNF on neural stem or progenitor cells (NSCs, NPCs) have been conflicting. TNF seems to activate NSC proliferation and to inhibit their differentiation into NPCs. The purpose of the present study was to analyze the molecular signal transduction mechanisms induced by TNF and resulting in NSC proliferation. RESULTS: Here we describe for the first time the TNF-mediated signal transduction cascade in neural stem cells (NSCs) that results in increased proliferation. Moreover, we demonstrate IKK-alpha/beta-dependent proliferation and markedly up-regulated cyclin D1 expression after TNF treatment. The significant increase in proliferation in TNF-treated cells was indicated by increased neurosphere volume, increased bromodeoxyuridin (BrdU) incorporation and a higher total cell number. Furthermore, TNF strongly activated nuclear factor-kappa B (NF-kappaB) as measured by reporter gene assays and by an activity-specific antibody. Proliferation of control and TNF-treated NSCs was strongly inhibited by expression of the NF-kappaB super-repressor IkappaB-AA1. Pharmacological blockade of IkappaB ubiquitin ligase activity led to comparable decreases in NF-kappaB activity and proliferation. In addition, IKK-beta gene product knock-down via siRNA led to diminished NF-kappaB activity, attenuated cyclin D1 expression and finally decreased proliferation. In contrast, TGFbeta-activated kinase 1 (TAK-1) is partially dispensable for TNF-mediated and endogenous proliferation. Understanding stem cell proliferation is crucial for future regenerative and anti-tumor medicine. CONCLUSION: TNF-mediated activation of IKK-beta resulted in activation of NF-kappaB and was followed by up-regulation of the bona-fide target gene cyclin D1. Activation of the canonical NF-kappaB pathway resulted in strongly increased proliferation of NSCs.

Quantitative single-molecule localization microscopy combined with rule-based modeling reveals ligand-induced TNF-R1 reorganization toward higher-order oligomers

We report on the assembly of tumor necrosis factor receptor 1 (TNF-R1) prior to ligand activation and its ligand-induced reorganization at the cell membrane. We apply single-molecule localization microscopy to obtain quantitative information on receptor cluster sizes and copy numbers. Our data suggest a dimeric pre-assembly of TNF-R1, as well as receptor reorganization toward higher oligomeric states with stable populations comprising three to six TNF-R1. Our experimental results directly serve as input parameters for computational modeling of the ligand-receptor interaction. Simulations corroborate the experimental finding of higher-order oligomeric states. This work is a first demonstration how quantitative, super-resolution and advanced microscopy can be used for systems biology approaches at the single-molecule and single-cell level.

Fibrin activates GPVI in human and mouse platelets

The glycoprotein VI (GPVI)-Fc receptor γ (FcRγ) chain is the major platelet signaling receptor for collagen. Paradoxically, in a FeCl3 injury model, occlusion, but not initiation of thrombus formation, is delayed in GPVI-deficient and GPVI-depleted mice. In this study, we demonstrate that GPVI is a receptor for fibrin and speculate that this contributes to development of an occlusive thrombus. We observed a marked increase in tyrosine phosphorylation, including the FcRγ chain and Syk, in human and mouse platelets induced by thrombin in the presence of fibrinogen and the αIIbβ3 blocker eptifibatide. This was not seen in platelets stimulated by a protease activated receptor (PAR)-4 peptide, which is unable to generate fibrin from fibrinogen. The pattern of tyrosine phosphorylation was similar to that induced by activation of GPVI. Consistent with this, thrombin did not induce tyrosine phosphorylation of Syk and the FcRγ chain in GPVI-deficient mouse platelets. Mouse platelets underwent full spreading on fibrin but not fibrinogen, which was blocked in the presence of a Src kinase inhibitor or in the absence of GPVI. Spreading on fibrin was associated with phosphatidylserine exposure (procoagulant activity), and this too was blocked in GPVI-deficient platelets. The ectodomain of GPVI was shown to bind to immobilized monomeric and polymerized fibrin. A marked increase in embolization was seen following FeCl3 injury in GPVI-deficient mice, likely contributing to the delay in occlusion in this model. These results demonstrate that GPVI is a receptor for fibrin and provide evidence that this interaction contributes to thrombus growth and stability.

Rosiglitazone reverses tenofovir-induced nephrotoxicity

Tenofovir disoproxil fumarate (TDF) is a first-line drug used in patients with highly active retroviral disease; however, it can cause renal failure associated with many tubular anomalies that may be due to down regulation of a variety of ion transporters. Because rosiglitazone, a peroxisome proliferator-activated receptor-gamma agonist induces the expression of many of these same transporters, we tested if the nephrotoxicity can be ameliorated by its use. High doses of TDF caused severe renal failure in rats accompanied by a reduction in endothelial nitric-oxide synthase and intense renal vasoconstriction; all of which were significantly improved by rosiglitazone treatment. Low-dose TDF did not alter glomerular filtration rate but produced significant phosphaturia, proximal tubular acidosis, polyuria and a reduced urinary concentrating ability. These alterations were caused by specific downregulation of the sodium-phosphorus cotransporter, sodium/hydrogen exchanger 3 and aquaporin 2. A Fanconi`s-like syndrome was ruled out as there was no proteinuria or glycosuria. Rosiglitazone reversed TDF-induced tubular nephrotoxicity, normalized urinary biochemical parameters and membrane transporter protein expression. These studies suggest that rosiglitazone treatment might be useful in patients presenting with TFV-induced nephrotoxicity especially in those with hypophosphatemia or reduced glomerular filtration rate.