Role of immunoglobulin E and mast cells in murine models of asthma

Immunoglobulin E (IgE) and mast cells are believed to play important roles in allergic inflammation. However, their contributions to the pathogenesis of human asthma have not been clearly established. Significant progress has been made recently in our understanding of airway inflammation and airway hyperresponsiveness through studies of murine models of asthma and genetically engineered mice. Some of the studies have provided significant insights into the role of IgE and mast cells in the allergic airway response. In these models mice are immunized systemically with soluble protein antigens and then receive an antigen challenge through the airways. Bronchoalveolar lavage fluid from mice with allergic airway inflammation contains significant amounts of IgE. The IgE can capture the antigen presented to the airways and the immune complexes so formed can augment allergic airway response in a high-affinity IgE receptor (FcepsilonRI)-dependent manner. Previously, there were conflicting reports regarding the role of mast cells in murine models of asthma, based on studies of mast cell-deficient mice. More recent studies have suggested that the extent to which mast cells contribute to murine models of asthma depends on the experimental conditions employed to generate the airway response. This conclusion was further supported by studies using FcepsilonRI-deficient mice. Therefore, IgE-dependent activation of mast cells plays an important role in the development of allergic airway inflammation and airway hyperresponsiveness in mice under specific conditions. The murine models used should be of value for testing inhibitors of IgE or mast cells for the development of therapeutic agents for human asthma.

Distribution of versican and hyaluronan in the mouse uterus during decidualization

Preparation for embryo implantation requires extensive adaptation of the uterine microenvironment. This process consists of cell proliferation and cell differentiation resulting in the transformation of endometrial fibroblasts into a new type of cell called decidual cell. In the present study, we followed the space-time distribution of versican and hyaluronan (HA) in different tissues of the uterus before and after embryo implantation. Fragments of mouse uteri obtained on the fourth, fifth, sixth and seventh days of pregnancy were fixed in Methacarn, embedded in Paraplast and cut into 5-µm thick sections. HA was detected using a biotinylated fragment of the proteoglycan aggrecan, which binds to this glycosaminoglycan with high affinity and specificity. Versican was detected by a polyclonal antibody. Both reactions were developed by peroxidase methods. Before embryo implantation, both HA and versican were present in the endometrial stroma. However, after embryo implantation, HA disappeared from the decidual region immediately surrounding the implantation chamber, whereas versican accumulated in the same region. The differences observed in the expression of HA and versican suggest that both molecules may participate in the process of endometrial decidualization and/or embryo implantation.

New nitric oxide donors based on ruthenium complexes

Nitric oxide (NO) donors produce NO-related activity when applied to biological systems. Among its diverse functions, NO has been implicated in vascular smooth muscle relaxation. Despite the great importance of NO in biological systems, its pharmacological and physiological studies have been limited due to its high reactivity and short half-life. In this review we will focus on our recent investigations of nitrosyl ruthenium complexes as NO-delivery agents and their effects on vascular smooth muscle cell relaxation. The high affinity of ruthenium for NO is a marked feature of its chemistry. The main signaling pathway responsible for the vascular relaxation induced by NO involves the activation of soluble guanylyl-cyclase, with subsequent accumulation of cGMP and activation of cGMP-dependent protein kinase. This in turn can activate several proteins such as K+ channels as well as induce vasodilatation by a decrease in cytosolic Ca2+. Oxidative stress and associated oxidative damage are mediators of vascular damage in several cardiovascular diseases, including hypertension. The increased production of the superoxide anion (O2-) by the vascular wall has been observed in different animal models of hypertension. Vascular relaxation to the endogenous NO-related response or to NO released from NO deliverers is impaired in vessels from renal hypertensive (2K-1C) rats. A growing amount of evidence supports the possibility that increased NO inactivation by excess O2- may account for the decreased NO bioavailability and vascular dysfunction in hypertension.

Protective mechanism of agmatine pretreatment on RGC-5 cells injured by oxidative stress

Agmatine has neuroprotective effects on retinal ganglion cells (RGCs) as well as cortical and spinal neurons. It protects RGCs from oxidative stress even when it is not present at the time of injury. As agmatine has high affinity for various cellular receptors, we assessed protective mechanisms of agmatine using transformed RGCs (RGC-5 cell line). Differentiated RGC-5 cells were pretreated with 100 μM agmatine and consecutively exposed to 1.0 mM hydrogen peroxide (H2O2). Cell viability was determined by measuring lactate dehydrogenase (LDH), and the effects of selective alpha 2-adrenergic receptor antagonist yohimbine (0-500 nM) and N-methyl-D-aspartic acid (NMDA) receptor agonist NMDA (0-100 µM) were evaluated. Agmatine’s protective effect was compared to a selective NMDA receptor antagonist MK-801. After a 16-h exposure to H2O2, the LDH assay showed cell loss greater than 50%, which was reduced to about 30% when agmatine was pretreated before injury. Yohimbine almost completely inhibited agmatine’s protective effect, but NMDA did not. In addition, MK-801 (0-100 µM) did not significantly attenuate the H2O2-induced cytotoxicity. Our results suggest that neuroprotective effects of agmatine on RGCs under oxidative stress may be mainly attributed to the alpha 2-adrenergic receptor signaling pathway.

Rat vas deferens SERCA2 is modulated by Ca2+/calmodulin protein kinase II-mediated phosphorylation

Ca2+ pumps are important players in smooth muscle contraction. Nevertheless, little information is available about these pumps in the vas deferens. We have determined which subtype of sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+-ATPase isoform (SERCA) is expressed in rat vas deferens (RVD) and its modulation by calmodulin (CaM)-dependent mechanisms. The thapsigargin-sensitive Ca2+-ATPase from a membrane fraction containing the highest SERCA levels in the RVD homogenate has the same molecular mass (∼115 kDa) as that of SERCA2 from the rat cerebellum. It has a very high affinity for Ca2+ (Ca0.5 = 780 nM) and a low sensitivity to vanadate (IC50 = 41 µM). These facts indicate that SERCA2 is present in the RVD. Immunoblotting for CaM and Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) showed the expression of these two regulatory proteins. Ca2+ and CaM increased serine-phosphorylated residues of the 115-kDa protein, indicating the involvement of CaMKII in the regulatory phosphorylation of SERCA2. Phosphorylation is accompanied by an 8-fold increase of thapsigargin-sensitive Ca2+ accumulation in the lumen of vesicles derived from these membranes. These data establish that SERCA2 in the RVD is modulated by Ca2+ and CaM, possibly via CaMKII, in a process that results in stimulation of Ca2+ pumping activity.

The alpha2C-adrenoceptor as a neuropsychiatric drug tar-get - PET studies in human subjects

Positron emission tomography imaging has both academic and applied uses in revealing the distribution and density of different molecular targets in the central nervous system. Following the significant progress made with the dopamine D2 receptor, advances have been made in developing PET tracers to allow analysis of receptor occupancy of many other receptor types as well as evaluating changes in endogenous synaptic transmitter concentrations of transmitters e.g. serotonin and noradrenaline. Noradrenergic receptors are divided into α1-, α2- and β-adrenoceptor subfamilies, in humans each of which is composed of three receptor subtypes. The α2-adrenoceptors have an important presynaptic auto-inhibitory function on noradrenaline release but they also have postsynaptic roles in modulating the release of other neurotransmitters, such as serotonin and dopamine. One of the subtypes, the α2C-adrenoceptor, has been detected at distinct locations in the central nervous system, most notably the dorsal striatum. Several serious neurological conditions causing dementia, Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease have been linked to disturbed noradrenergic signaling. Furthermore, altered noradrenergic signaling has also been implicated in conditions like ADHD, depression, anxiety and schizophrenia. In order to benefit future research into these central nervous system disorders as well as being useful in the clinical development of drugs affecting brain noradrenergic neurotransmission, validation work of a novel tracer for positron emission tomography studies in humans was performed. Altogether 85 PET imaging experiments were performed during four separate clinical trials. The repeatability of [11C]ORM-13070 binding was tested in healthy individuals, followed by a study to evaluate the dose-dependent displacement of [11C]ORM-13070 from α2C-adrenoceptors by a competing ligand, and the final two studies examined the sensitivity of [11C]ORM-13070 binding to reflect changes in endogenous noradrenaline levels. The repeatability of [11C]ORM-13070 binding was very high. The binding properties of the tracer allowed for a reliable estimation of α2C-AR occupancy by using the reference tissue ratio method with low test-retest variability. [11C]ORM-13070 was dose-dependently displaced from its specific binding sites by the subtype-nonselective α2-adrenoceptor antagonist atipamezole, and thus it proved suitable for use in clinical drug development of novel α2C-adrenoceptor ligands e.g. to determine the best doses and dosing intervals for clinical trials. Convincing experimental evidence was gained to support the suitability of [11C]ORM-13070 for detecting an increase in endogenous synaptic noradrenaline in the human brain. Tracer binding in the thalamus tended to increase in accordance with reduced activity of noradrenergic projections from the locus coeruleus, although statistical significance was not reached. Thus, the investigation was unable to fully validate [11C]ORM-13070 for the detection of pharmacologically evoked reductions in noradrenaline levels.

Investigation of single tryptophan proteins encapsulated in TEOS-derived sol-gel matrices by fluorescence spectroscopy /

In the work reported here, optically clear, ultrathin TEOS derived sol-gel slides which were suitable for studies of tryptophan (Trp) fluorescence from entrapped proteins were prepared by the sol-gel technique and characterized. The monitoring of intrinsic protein fluorescence provided information about the structure and environment of the entrapped protein, and about the kinetics of the interaction between the entrapped protein and extemal reagents. Initial studies concentrated on the single Trp protein monellin which was entrapped into the sol-gel matrices. Two types of sol-gel slides, termed "wet aged", in which the gels were aged in buffer and "dry-aged", in which the gels were aged in air , were studied in order to compare the effect of the sol-gel matrix on the structure of the protein at different aging stages. Fluorescence results suggested that the mobility of solvent inside the slides was substantially reduced. The interaction of the entrapped protein with both neutral and charged species was examined and indicated response times on the order of minutes. In the case of the neutral species the kinetics were diffusion limited in solution, but were best described by a sum of first order rate constants when the reactions occurred in the glass matrix. For charged species, interactions between the analytes and the negatively charged glass matrix caused the reaction kinetics to become complex, with the overall reaction rate depending on both the type of aging and the charge on the analyte. The stability and conformational flexibility of the entrapped monellin were also studied. These studies indicated that the encapsulation of monellin into dry-aged monoliths caused the thermal unfolding transition to broaden and shift upward by 14°C, and causedthe long-term stability to improve by 12-fold (compared to solution). Chemical stability studies also showed a broader transition for the unfolding of the protein in dry-aged monoliths, and suggested that the protein was present in a distribution of environments. Results indicated that the entrapped proteins had a smaller range of conformational motions compared to proteins in solution, and that entrapped proteins were not able to unfold completely. The restriction of conformational motion, along with the increased structural order of the internal environment of the gels, likely resulted in the improvements in themial and long-term stability that were observed. A second protein which was also studied in this work is the metal binding protein rat oncomodulin. Initially, the unfolding behavior of this protein in aqueous solution was examined. Several single tryptophan mutants of the metal-binding protein rat oncomodulin (OM) were examined; F102W, Y57W, Y65W and the engineered protein CDOM33 which had all 12 residues of the CD loop replaced with a higher affinity binding loop. Both the thermal and the chemical stability were improved upon binding of metal ions with the order apo < Ca^^ < Tb^"^. During thermal denaturation, the transition midpoints (Tun) of Y65W appeared to be the lowest, followed by Y57W and F102W. The placement of the Trp residue in the F-helix in F102W apparently made the protein slightly more thermostable, although the fluorescence response was readily affected by chemical denaturants, which probably acted through the disruption of hydrogen bonds at the Cterminal end of the F-helix. Under both thermal and chemical denaturation, the engineered protein showed the highest stability. This indicated that increasing the number of metal ligating oxygens in the binding site, either by using a metal ion with a higher coordinatenumber (i.e. Tb^*) which binds more carboxylate ligands, or by providing more ligating groups, as in the CDOM33 replacement, produces notable improvements in protein stability. Y57W and CE)OM33 OM were chosen for further studies when encapsulated into sol-gel derived matrices. The kinetics of interaction of terbium with the entrapped proteins, the ability of the entrapped protein to binding terbium, as well as thermal stability of these two entrapped protein were compared with different levels of Ca^"*^ present in the matrix and in solution. Results suggested that for both of the proteins, the response time and the ability to bind terbium could be adjusted by adding excess calcium to the matrix before gelation. However, the less stable protein Y57W only retained at most 45% of its binding ability in solution while the more stable protein CDOM33 was able to retain 100% binding ability. Themially induced denaturation also suggested that CDOM33 showed similar stability to the protein in solution while Y57W was destabilized. All these results suggested that "hard" proteins (i.e. very stable) can easily survive the sol-gel encapsulation process, but "soft" proteins with lower thermodynamic stability may not be able to withstand the sol-gel process. However, it is possible to control many parameters in order to successfully entrap biological molecules into the sol-gel matrices with maxunum retention of activity.

The Catharanthus roseus 16-hydroxytabersonine O-methyltransferase involved in vindoline biosynthesis /

Madagascar periwinkle (Catharanthus roseus) produces the well known and remarkably complex dimeric anticancer alkaloids vinblastine and vincristine that are derived by coupling vindoline and catharanthine monomers. This thesis describes the novel application of carborundum abrasion (CA) technique as a tool for large scale isolation of leaf epidermis enriched proteins. This technique was used to facilitate the purification to apparent homogeneity of 16-hydroxytabersonine-16-0-methyltransferse (l60MT) that catalyses the second step in the 6 step pathway that converts tabersonine into vindoline. This versatile tool was also used to harvest leaf epidermis enriched mRNAs that facilitated the molecular cloning of the 160MT. Functional expression and biochemical characterization of recombinant 160MT enzyme showed that it had a very narrow substrate specificity and high affinity for 16-hydroxytabersonine, since other closely related monoterpene indole alkaloids (MIAs) did not act as substrates. In addition to allowing the cloning of this gene, CA technique clearly showed that 160MT is predominantly expressed in Catharanthus leaf epidermis, in contrast to several other OMTs that appear to be expressed in other Catharanthus tissues. The results provide compelling evidence that most of the pathway for vindoline biosynthesis including the 0- methylation of 16-hydroxytabersonine occurs exclusively in leaf epidermis, with subsequent steps occurring in other leaf cell types. Small molecule O-methyltransferases (OMTs) (E.C. 2.1.1.6.x) catalyze the transfer of the reactive methyl group of S-adenosyl-L-methionine (SAM) to free hydroxyl groups of acceptor molecules. Plant OMTs, unlike their monomeric mammalian homologues, exist as functional homodimers. While the biological advantages for dimer fonnation with plant OMTs remain to be established, studies with OMTs from the benzylisoquinoline producing plant, Thalictrum tuberosum, showed that co-expression of 2 recombinant OMTs produced novel substrate specificities not found when each rOMT was expressed individually (Frick, Kutchan, 1999) . These results suggest that OMTs can fonn heterodimers that confer novel substrate specificities not possible with the homodimer alone. The present study describes a 160MT model based strategy attempting to modify the substrate specificity by site-specific mutagenesis. Our failure to generate altered substrate acceptance profiles in our 160MT mutants has lead us to study the biochemical properties ofhomodimers and heterodimers. Experimental evidence is provided to show that active sites found on OMT dimers function independently and that bifunctional heterodimeric OMTs may be fonned in vivo to produce a broader and more diverse range of natural products in plants.

Comparative study of bovine heart and bacillus subtilis cytochrome c oxidase vesicles and the influence of bulk pH on cytochrome c oxidase components

Studies on the steady state behavior of soluble cytochrome c oxidase are extensive. These studies have examined the influence of ionic strength and pH and may provide answers to questions such as the link between proton translocation and charge separation. The present study examined the influence of external bulk pH on ApH formation, biphasic kinetics, and steady state reduction of cytochromes c and a of cytochrome c oxidase in proteoliposomes. Bulk pH has an appreciable effect on ApH formation and steady state reduction levels of cytochromes c and 8. Bulk pH affected total Vmax and Km at the low affinity binding site of cytochrome c. This study also examined the influence of bovine serum albumin and free fatty acids on proton pumping activity in bovine heart proteoliposomes. Proton pumping activity decreased after treatment with BSA, and was subsequently reinstated after further treatment with FFA. Much study in the superfamily of haem/copper oxidases has recently been devoted to the bacterial oxidases. The present study has examined some protein composition characteristics and bioenergetic features of Bacillus subtilis cytochrome caa3 oxidase. Results provide evidence for the structural composition of the enzyme in relation to the covalently bound cytochrome c to the oxidas~. Bioenergetically, caa3 COV showed appreciable proton pumping activity. Steady state analysis of the caa3 COV showed significantly different cytochrome c and a reduction characteristics compared to the bovine enzyme.

Étude du rôle de la dopamine et de la sérotonine dans l’effet atténuateur des antipsychotiques et de l’OSU-6162 sur la récompense induite par la stimulation du faisceau médian prosencéphalique chez le rongeur

La voie mésocorticolimbique est constitutée d’un ensemble d’éléments nerveux issus de l’aire tegmentaire ventrale mésencéphalique et projettant vers des régions corticales et sous-corticales. Les neurones à dopamine (DA) qui en font partie modulent plusieurs fonctions cognitives dont l’attention, l’apprentissage et la récompense. L’activité nerveuse des cellules à DA augmente lorsque l’organisme anticipe et reçoit une récompense, ainsi qu’au cours de la phase d’apprentissage des comportements d’appétence. Or, si l’activité dopaminergique de la voie mésocorticolimbique est désordonnée, voire aberrante, des stimuli neutres deviennent saillants et prennent une signification erronée. Cette anomalie fonctionnelle du système dopaminergique pourrait être à l’origine des symptômes psychotiques observés dans la schizophrénie. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les médicaments antipsychotiques efficaces ont tous une activité antagoniste aux récepteurs à DA de type 2 (D2); les antipsychotiques dits classiques (i.e. halopéridole) possèdent une forte affinité pour les récepteurs D2 tandis que les antipsychotiques dits atypiques (i.e. clozapine) présentent une plus forte affinité pour les récepteurs à sérotonine de type 2a (5-HT2a) que pour les récepteurs D2. Les antipsychotiques atypiques semblent plus efficaces contre les symptômes négatifs (i.e. anhédonie) de la schizophrénie et induisent moins d’effets moteurs extrapyramidaux et de dysphorie que les antipsychotiques classiques. Il a été proposé que l’efficacité des antipsychotiques atypiques soit expliqué par leur double action antagoniste aux récepteurs 5-HT2a et D2. Afin de mieux comprendre les mécanismes de ces médicaments, nous avons étudié leurs effets sur la récompense en utilisant le modèle d’autostimulation intracérébrale (ASI) chez le rongeur. Le but de la première étude était d’évaluer l’effet d’un antagoniste sélectif des récepteurs 5-HT2a, le M100907, sur la récompense et sur l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. L’hypothèse était que l’atténuation de la récompense induite par l’ajout du M100907 à l’halopéridole serait similaire à celle induite par la clozapine. Dans une seconde étude, l’effet sur la récompense d’un agoniste partiel aux récepteurs D2, l’OSU-6162, a été caractérisé sous deux conditions : i) en condition de base et ii) lorsque la neurotransmission dopaminergique est altérée par l’administration systémique de quinpirole, un agoniste des récepteurs D2/D3. Les hypothèses étaient que l’OSU-6162 i) atténuerait la récompense induite par la stimulation et ii) empêcherait l’atténuation et la facilitation de la récompense induites par le quinpirole. Les données obtenues montrent que le M100907 n’altère pas la récompense par lui-même mais réduit l’atténuation de la récompense induite par l’halopéridole. La co-administration du M100907 et de l’halopéridole induit une atténuation de la récompense d’amplitude similaire à celle induite par la clozapine, ce qui suggère que l’activité antagoniste aux récepteurs 5-HT2a de la clozapine contribue à son efficacité. Les données de la seconde étude montrent que l’OSU-6162 atténue la récompense, de manière dose-dépendante, ainsi que la facilitation, mais pas l’atténuation de la récompense induite par le quinpirole. Cette dernière observation suggère que l’OSU-6162 agit comme un antagoniste fonctionnel aux récepteurs D2 post-synaptiques. Un ensemble de données suggèrent que le comportement d’ASI constitue un modèle valide permettant d’évaluer l’efficacité antipsychotique potentielle de nouvelles molécules. Le comportement d’ASI est atténué par les antipsychotiques cliniquement efficaces mais est peu ou pas modifié par des molécules dépourvues d’activité antipsychotique. Les données obtenues dans cette thèse permettent de supposer que l’OSU-6162 possède une activité antipsychotique de nature atypique, et cela sans altérer la neurotransmission sérotoninergique.

Étude fonctionnelle et génétique d'une population de lymphocytes T CD4-CD8- impliquée dans la résistance au diabète auto-immun chez la souris

Le diabète auto-immun résulte de la destruction des cellules bêta pancréatiques sécrétrices d’insuline par les lymphocytes T du système immunitaire. Il s’ensuit une déficience hormonale qui peut être comblée par des injections quotidiennes d’insuline d’origine exogène, toutefois il demeure à ce jour impossible de guérir les patients atteints de la maladie. De façon générale, un système immunitaire sain reconnaît une multitude d’antigènes différents et assure ainsi notre défense à l’égard de différents pathogènes ou encore de cellules tumorales. Il arrive cependant que, pour des raisons génétiques et/ou environnementales, les lymphocytes T puissent s’activer de façon aberrante suite à la reconnaissance d’antigènes provenant du soi. C’est ce bris de tolérance qui mène au développement de pathologies auto-immunes telles que le diabète auto-immun. Afin de limiter l’auto-immunité, des mécanismes de sélection stricts permettent d’éliminer la majorité des lymphocytes T présentant une forte affinité envers des antigènes du soi lors de leur développement dans le thymus. Certains de ces lymphocytes réussissent toutefois à échapper à l’apoptose et migrent en périphérie afin d’y circuler en quête d’un antigène spécifiquement reconnu. Il est alors primordial que des mécanismes périphériques assurent le maintien de la tolérance immunitaire en faisant obstacle à l’activation et à la prolifération des lymphocytes T auto-réactifs. L’une des avenues afin d’inhiber le développement de réponses immunitaires aberrantes est la génération de lymphocytes T régulateurs. Ces cellules, d’origine thymique ou périphérique, peuvent arborer différents phénotypes et agissent via de multiples mécanismes afin d’inactiver et/ou éliminer les cellules impliquées dans l’apparition de pathologies auto-immunes. L’utilisation de modèles murins transgéniques a permis la mise en évidence d’une population peu caractérisée de lymphocytes T au potentiel régulateur. En effet, la proportion de ces cellules T n’exprimant pas les corécepteurs CD4 et CD8 (double négatives, DN) a été inversement corrélée à la prédisposition à l’auto-immunité chez ces ii souris. L’objectif principal de cette thèse est de démontrer la fonction immuno-régulatrice des lymphocytes T DN, tout en investiguant les facteurs génétiques responsables du maintien de cette population cellulaire. Nous avons observé que les lymphocytes T DN exercent une activité cytotoxique à l’égard des lymphocytes B de façon spécifique à l’antigène, via la libération de granules cytolytiques contenant du granzyme B et de la perforine. Par ailleurs, nous avons établi qu’un unique transfert adoptif de ces cellules est suffisant afin d’inhiber le développement du diabète auto-immun chez des hôtes transgéniques prédisposés à la maladie. Le recours à des souris déficientes pour l’expression du gène CD47 a permis de constater que la voie de signalisation CD47-Sirp est essentielle dans le maintien de la proportion des lymphocytes T DN. De plus, le locus murin de prédisposition au diabète auto-immun Idd13, qui contient le gène Sirp, a été identifié pour son rôle dans la régulation de la proportion de ces cellules. Finalement, une analyse génétique a révélé que d’autres intervalles génétiques sont impliqués dans le contrôle de la population des lymphocytes T DN. Parmi ceux-ci, un locus situé en région proximale du chromosome 12 a été validé grâce à la création de souris congéniques. Grâce aux résultats présentés dans cette thèse, notre compréhension de la biologie ainsi que de la régulation des lymphocytes T DN est approfondie. Ces connaissances constituent un pas important vers la création de thérapies cellulaires novatrices permettant de prévenir et de guérir diverses pathologies auto-immunes.

Étude du système dopaminergique pré- et postsynaptique : régulation de l'autorécepteur D2 par la neurotensine et formation des synapses excitatrices dans le striatum

La dopamine (DA) est un neurotransmetteur impliqué dans la modulation de fonctions essentielles du cerveau telles que le contrôle des mouvements volontaires, le système de récompense et certains aspects de la cognition. Depuis sa découverte, la DA a attiré énormément d'attention scientifique en partie à cause des pathologies majeures associées aux dysfonctions du système DAergique, comme la maladie de Parkinson, la schizophrénie et la toxicomanie. On retrouve la majorité des neurones qui synthétisent la DA au niveau du mésencéphale ventral, dans les noyaux de la substance noire compacte (SNc) et de l'aire tegmentaire ventrale (ATV). Ces neurones projettent leurs axones dans un très dense réseau de fibres qui s'organisent en trois voies DAergiques classiques: la voie nigrostriée, la voie mésolimbique et la voie mésocorticale. La transmission DAergique s'effectue par l'activation de récepteurs de la DA qui font partie de la grande famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs). Les récepteurs de la DA sont abondamment exprimés aussi bien par les neurones DAergiques que par les neurones des régions cibles, ce qui implique que la compréhension de la signalisation et des fonctions particulières des récepteurs de la DA pré- et postsynaptiques représente un enjeu crucial dans l'étude du système DAergique. Cette thèse de doctorat se sépare donc en deux volets distincts: le premier s'intéresse à la régulation du récepteur D2 présynaptique par la neurotensine (NT), un neuropeptide intimement lié à la modulation du système DAergique; le deuxième s'intéresse au côté postsynaptique du système DAergique, plus particulièrement à la ségrégation de l'expression des récepteurs de la DA dans le striatum et aux fonctions de ces récepteurs dans l'établissement des circuits neuronaux excitateurs prenant place dans cette région. Dans la première partie de cette thèse, nous démontrons que l'activation du récepteur à haute affinité de la NT, le NTR1, provoque une internalisation hétérologue du récepteur D2, avec une amplitude et une cinétique différente selon l'isoforme D2 observé. Cette internalisation hétérologue dépend de la protéine kinase C (PKC), et nous montrons que la surexpression d'un récepteur D2 muté sur des sites de phosphorylation par la PKC ii ainsi que l'inhibition de l'expression de β-arrestine1 par ARNs interférents dans des neurones DAergiques bloquent complètement l'interaction fonctionnelle entre le NTR1 et le D2. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous démontrons d'abord que la ségrégation de l'expression des récepteurs D1 et D2 dans le striatum est déjà bien établie dès le 18e jour embryonnaire, bien qu'elle progresse encore significativement aux jours 0 et 14 postnataux. Nos résultats témoignent aussi d'un maintien complet de cette ségrégation lorsque les neurones striataux sont mis en culture aussi bien en présence ou en absence de neurones corticaux et/ou mésencéphaliques. Ensuite, nous montrons que la présence de neurones mésencéphaliques stimule la formation d’épines et de synapses excitatrices sur les neurones striataux épineux exprimant le récepteur D2 (MSN-D2). Le co-phénotype glutamatergique des neurones dopaminergiques semble nécessaire à une grande partie de cet effet. Par ailleurs, le nombre total de terminaisons excitatrices formées sur les MSN-D2 par les neurones corticaux et mésencéphaliques apparaît être régit par un équilibre dynamique. Finalement, nous démontrons que le blocage de la signalisation des récepteurs D1 et D2 de la DA n'est pas nécessaire pour la formation des synapses excitatrices des MSN-D2, alors que l'antagonisme des récepteurs glutamatergiques ionotropes diminue la densité d'épines dendritiques et contrôle de façon opposée le nombre de terminaisons excitatrices corticales et mésencéphaliques. Globalement, ce travail représente une contribution significative pour une meilleure compréhension du fonctionnement normal du système DAergique. Ces découvertes sont susceptibles d’être utiles pour mieux comprendre les dysfonctions de ce système dans le cadre de pathologies du cerveau comme la maladie de Parkinson.

Évaluation des niveaux d’éthanolémie résultant de l’exposition à l’éthanol par inhalation : études chez des volontaires et modélisation toxicocinétique

Un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) d’exposition par inhalation à l’éthanol a antérieurement été développé en se basant sur des données provenant d’une étude chez des volontaires exposés par inhalation à plus de 5000 ppm. Cependant, une incertitude persiste sur la capacité du modèle PBPK à prédire les niveaux d’éthanolémie pour des expositions à de faibles concentrations. Ces niveaux sont fréquemment rencontrés par une large partie de la population et des travailleurs suite à l’utilisation de produits tels que les vernis et les solutions hydroalcooliques (SHA). Il est ainsi nécessaire de vérifier la validité du modèle existant et de déterminer l’exposition interne à l’éthanol dans de telles conditions. Les objectifs du mémoire sont donc 1) de documenter les niveaux d’éthanolémie résultant de l’exposition par inhalation à de faibles concentrations d’éthanol (i.e., ≤ 1000 ppm) et de valider/raffiner le modèle PBPK existant pour ces concentrations ; et 2) de déterminer les concentrations d’éthanol atmosphérique provenant d’utilisation de SHA et de vernis et de prédire les niveaux d’éthanolémie découlant de leur utilisation. Les données toxicocinétiques récoltées chez des volontaires nous suggèrent qu’il est insuffisant de limiter au foie la clairance métabolique de l’éthanol lors d’exposition à de faibles niveaux d’éthanol, contrairement aux expositions à de plus forts niveaux. De plus, il a clairement été démontré qu’un effort physique léger (50 W) influençait à la hausse (2-3 fois) l’éthanolémie des volontaires exposés à 750 ppm. L’ajout au modèle PBPK d’une clairance métabolique de haute affinité et de faible capacité associée aux tissus richement perfusés a permis de simuler plus adéquatement la cinétique de l’éthanolémie pour des expositions à des concentrations inférieures à 1000 ppm. Des mesures de concentrations d’éthanol dans l’air inhalé générées lors d’utilisation de SHA et de vernis ont permis de simuler des expositions lors de l’utilisation de ces produits. Pour l’utilisation de 1,5 g et 3 g de SHA dans un local peu ventilé, des concentrations sanguines maximales (Cmax) de 0.383 et 0.366 mg.L-1 ont été respectivement simulées. Dans un local bien ventilé, les Cmax simulées étaient de 0.264 et 0.414 mg.L-1. Selon les simulations, une application de vernis résulterait en une Cmax respectivement de 0.719 mg.L-1 et de 0.729 mg.L-1, chez les hommes et femmes. Les Cmax sanguines d’éthanol estimées suites aux différentes simulations sont inférieures à la concentration toxique pour les humains (100 mg.L-1). Ainsi, de telles expositions ne semblent pas être un danger pour la santé. Les résultats de cette étude ont permis de mieux décrire et comprendre les processus d’élimination de l’éthanol à faibles doses et permettront de raffiner l’évaluation du risque associé à l’inhalation chronique de faibles niveaux d’éthanol pour la population, particulièrement chez les travailleurs.

Rôle de la PKC delta dans la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine via le récepteur GPIb alpha

La famille des protéines kinases C (PKC) est essentielle pour la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine qui signale et active les plaquettes via les proteases activated receptors (PAR-1 et PAR-4) et le GPIbα. Ces derniers constituent les récepteurs de moyenne/faible et de hautes affinités pour la thrombine, respectivement. L’isoforme PKCδ régule positivement ou négativement la fonction des plaquettes tout dépendamment de la nature du stimulus. Cependant, son importance dans la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine en aval de la GPIbα reste inconnue. L’objectif principal de ce projet de doctorat était de déterminer l'implication de l'axe thrombine/GPIbα/PKCδ dans la fonction plaquettaire et d’évaluer le rôle de cet axe dans la régulation de la thrombose. Dans les plaquettes humaines, le prétraitement avec l'inhibiteur spécifique de la PKCδ δ(V1-1)TAT, a significativement potentialisé l'activation et l’agrégation des plaquettes en réponse à de faibles concentrations de α-thrombine, mais pas en réponse à la γ-thrombine ou aux agonistes des PARs. Ce phénomène de potentialisation a été associé à une sécrétion accrue de granules, de génération de thromboxane A2 (TXA2) et une phosphorylation de la PKCδ sur la Tyr311, qui ont toutes été prévenues par l’inhibition spécifique du GPIbα à l’aide d’un anticorps monoclonal bloquant. En outre, l'inhibition de la p38 MAPK, ERK1/2 et le TXA2 a inversé ce processus de potentialisation. Les plaquettes murines déficientes en PKCδ étaient aussi plus réactives à la thrombine et ont montré une augmentation significative de l'agrégation, alors qu’une étude menée in vivo chez la souris PKCδ- /- a montré, suite à une stimulation par α-thrombine, une réaction thrombotique accrue caractérisée par une diminution significative du temps de saignement ainsi qu’une formation de thrombo-embolies pulmonaires. En bloquant le GPIbα, ces effets ont été renversés. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives quant au rôle de la PKCδ dans les plaquettes en aval de GPIbα, où elle régule négativement la fonction plaquettaire en réponse à la thrombine. Ainsi, l'axe thrombine/GPIbα/PKCδ dans les plaquettes pourrait représenter un régulateur critique de la fonction plaquettaire et l'hémostase, et le dysfonctionnement de cette voie pourrait conduire à des événements thrombotiques.

Enhanced /3-adrenergic receptors in the brain and pancreas during pancreatic regeneration in weanling rats

Adrenergic stimulation has an inyortant role in the pancreatic It-cell proliferation and insulin secretion. In the present study. we have investigaled how sympathetic system mgulales the panrrealic n I rnerui nr ht an:ilyiing I'pinephi inn 1111 ), Norepinephrinc (NE) and /1-adrenergic receptor changes in the brain as (%eli is in the I swirls. Fill and NII showed a significant decrease in the brain regions, pancreas and plasma :rt 72Ius iller partial prurcrealectonty. We observed an increase in the circulating insulin levels at 72 hrs. Scatchard analysis using I CHI propranolol showed a significant increase in the number of loth the low affinity and high affinity t-adrenergic receplors in cerebral cortex and hypothalamus of partially pancreatectornised rats during peak DNA synthesis. The affinity of the receptors decrea,ed significantly in the low and high affinity receptors of cerebral cortex and the high affinity hypothalamic receptors. In file brain stein, low affinity receptors were increased significantly during regeneration whereas there was no change in the high affinity receptors. The pancreatic ff-adrenergic receptors were also up regulated at 72 firs after partial panerealectony. In vitro studies showed that /i-adrenergic receptors are positive regulators of islet cell proliferation and insulin secretion. Thus our results suggest that the t-adrenergic receptors are functionally enhanced during pancreatic regeneration, which in turn increases pancreatic ft-cell proliferation an(hilisulin secretion in wean hug rats.