X-ray photoelectron spectroscopy of oxygen adsorbates on Al(111): Theory experiment

We present the result of polar angle resolved x¿ray photoemission spectroscopy on Al(111)/O and cluster calculations of the O(1s) binding energy (BE) for various model situations. In the experimental data two O(1s) peaks are observed, separated by 1.3 eV. The angular behavior (depth¿resolution) could indicate that the lower BE peak is associated with an O atom under the surface, and the higher BE peak with an O atom above the surface. Equally, it could indicate oxygen islands on the surface where the perimeter atoms have a higher O(1s) BE than the interior atoms. The cluster calculations show that the former interpretation cannot be correct, since an O ads below the surface has a higher calculated O(1s) BE than one above. Cluster calculations simulating oxygen islands are, however, consistent with the experimental data.

Measures of ionicity of alkaline-earth oxides from the analysis of ab initio cluster wave functions

We present an analysis of the M-O chemical bonding in the binary oxides MgO, CaO, SrO, BaO, and Al2O3 based on ab initio wave functions. The model used to represent the local environment of a metal cation in the bulk oxide is an MO6 cluster which also includes the effect of the lattice Madelung potential. The analysis of the wave functions for these clusters leads to the conclusion that all the alkaline-earth oxides must be regarded as highly ionic oxides; however, the ionic character of the oxides decreases as one goes from MgO, almost perfectly ionic, to BaO. In Al2O3 the ionic character is further reduced; however, even in this case, the departure from the ideal, fully ionic, model of Al3+ is not exceptionally large. These conclusions are based on three measures, a decomposition of the Mq+-Oq- interaction energy, the number of electrons associated to the oxygen ions as obtained from a projection operator technique, and the analysis of the cation core-level binding energies. The increasing covalent character along the series MgO, CaO, SrO, and BaO is discussed in view of the existing theoretical models and experimental data.

The role of dynamical polarization of the ligand-to-metal charge transfer excitations in the ab initio determination of effective exchange parameters

The role of the bridging ligand on the effective Heisenberg coupling parameters is analyzed in detail. This analysis strongly suggests that the ligand-to-metal charge transfer excitations are responsible for a large part of the final value of the magnetic coupling constant. This permits us to suggest a variant of the difference dedicated configuration interaction (DDCI) method, presently one of the most accurate and reliable for the evaluation of magnetic effective interactions. This method treats the bridging ligand orbitals mediating the interaction at the same level than the magnetic orbitals and preserves the high quality of the DDCI results while being much less computationally demanding. The numerical accuracy of the new approach is illustrated on various systems with one or two magnetic electrons per magnetic center. The fact that accurate results can be obtained using a rather reduced configuration interaction space opens the possibility to study more complex systems with many magnetic centers and/or many electrons per center.

Régulation du canal à sodium épithélial par le sodim extracellulaire et développement d'un microsystème intégré pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes de "Xenopus laevis"

Résumé : La première partie de ce travail de thèse est consacrée au canal à sodium épithélial (ENaC), l'élément clé du transport transépithélial de Na+ dans le néphron distal, le colon et les voies aériennes. Ce canal est impliqué dans certaines formes génétiques d'hypo- et d'hypertension (PHA I, syndrome de Liddle), mais aussi, indirectement, dans la mucoviscidose. La réabsorption transépithéliale de Na+ est principalement régulée par des hormones (aldostérone, vasopressine), mais aussi directement par le Na+, via deux phénomènes distincts, la « feedback inhibition » et la « self-inhibition » (SI). Ce second phénomène est dépendant de la concentration de Na+ extracellulaire, et montre une cinétique rapide (constante de temps d'environ 3 s). Son rôle physiologique serait d'assurer l'homogénéité de la réabsorption de Na+ et d'empêcher que celle-ci soit excessive lorsque les concentrations de Na+ sont élevées. Différents éléments appuient l'hypothèse de la présence d'un site de détection de la concentration du Na+ extracellulaire sur ENaC, gouvernant la SI. L'objectif de ce premier projet est de démontrer l'existence du site de détection impliqué dans la SI et de déterminer ses propriétés physiologiques et sa localisation. Nous avons montré que les caractéristiques de la SI (en termes de sélectivité et affinité ionique) sont différentes des propriétés de conduction du canal. Ainsi, nos résultats confirment l'hypothèse de l'existence d'un site de détection du Na+ (responsable de la transmission de l'information au mécanisme de contrôle de l'ouverture du canal), différent du site de conduction. Par ailleurs, ce site présente une affinité basse et indépendante du voltage pour le Na+ et le Li+ extracellulaires. Le site semble donc être localisé dans le domaine extracellulaire, plutôt que transmembranaire, de la protéine. L'étape suivante consiste alors à localiser précisément le site sur le canal. Des études précédentes, ainsi que des résultats préliminaires récemment obtenus, mettent en avant le rôle dans la self-inhibition du premiers tiers des boucles extracellulaires des sous-unités α et γ du canal. Le second projet tire son origine des limitations de la méthode classique pour l'étude des canaux ioniques, après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis, par la méthode du voltage-clamp à deux électrodes, en particulier les limitations dues à la lenteur des échanges de solutions. En outre, cette méthode souffre de nombreux désavantages (manipulations délicates et peu rapides, grands volumes de solution requis). Plusieurs systèmes améliorés ont été élaborés, mais aucun ne corrige tous les désavantages de la méthode classique Ainsi, l'objectif ici est le développement d'un système, pour l'étude électrophysiologique sur ovocytes, présentant les caractéristiques suivantes : manipulation des cellules facilitée et réduite, volumes de solution de perfusion faibles et vitesse rapide d'échange de la perfusion. Un microsystème intégré sur une puce a été élaboré. Ces capacités de mesure ont été testées en utilisant des ovocytes exprimant ENaC. Des résultats similaires (courbes IV, courbes dose-réponse au benzamil) à ceux obtenus avec le système traditionnel ont été enregistrés avec le microsystème. Le temps d'échange de solution a été estimé à ~20 ms et des temps effectifs de changement ont été déterminés comme étant 8 fois plus court avec le nouveau système comparé au classique. Finalement, la SI a été étudiée et il apparaît que sa cinétique est 3 fois plus rapide que ce qui a été estimé précédemment avec le système traditionnel et son amplitude de 10 à 20 % plus importante. Le nouveau microsystème intégré apparaît donc comme adapté à la mesure électrophysiologique sur ovocytes de Xenopus, et possèdent des caractéristiques appropriées à l'étude de phénomènes à cinétique rapide, mais aussi à des applications de type « high throughput screening ». Summary : The first part of the thesis is related to the Epithelial Sodium Channel (ENaC), which is a key component of the transepithelial Na+ transport in the distal nephron, colon and airways. This channel is involved in hypo- and hypertensive syndrome (PHA I, Liddle syndrome), but also indirectly in cystic fibrosis. The transepithelial reabsorption of Na+ is mainly regulated by hormones (aldosterone, vasopressin), but also directly by Na+ itself, via two distinct phenomena, feedback inhibition and self-inhibition. This latter phenomenon is dependant on the extracellular Na+ concentration and has rapid kinetics (time constant of about 3 s). Its physiological role would be to prevent excessive Na+ reabsorption and ensure this reabsorption is homogenous. Several pieces of evidence enable to propose the hypothesis of an extracellular Na+ sensing site on ENaC, governing self-inhibition. The aim of this first project is to demonstrate the existence of the sensing site involved in self-inhibition and to determine its physiological properties and localization. We show self-inhibition characteristics (ionic selectivity and affinity) are different from the conducting properties of the channel. Our results support thus the hypothesis that the Na+ sensing site (responsible of the transmission of the information about the extracellular Na+ concentration to the channel gating mechanism), is different from the channel conduction site. Furthermore, the site has a low and voltage-insensitive affinity for extracellular Na+ or Li+. This site appears to be located in the extracellular domain rather than in the transmembrane part of the channel protein. The next step is then to precisely localize the site on the channel. Some previous studies and preliminary results we recently obtained highlight the role of the first third of the extracellular loop of the α and γ subunits of the channel in self-inhibition. The second project originates in the limitation of the classical two-electrode voltageclamp system classically used to study ion channels expressed in Xenopus /aevis oocytes, in particular limitations related to the slow solution exchange time. In addition, this technique undergoes several drawbacks (delicate manipulations, time consumption volumes). Several improved systems have been built up, but none corrected all these detriments. The aim of this second study is thus to develop a system for electrophysiological study on oocytes featuring an easy and reduced cell handling, small necessary perfusion volumes and fast fluidic exchange. This last feature establishes the link with the first project, as it should enable to improve the kinetics analysis of self-inhibition. A PDMS chip-based microsystem has been elaborated. Its electrophysiological measurement abilities have been tested using oocytes expressing ENaC. Similar measurements (IV curves of benzamil-sensitive currents, benzamil dose-response curves) have been obtained with this system, compared to the traditional one. The solution exchange time has been estimated at N20 ms and effective exchange times (on inward currents) have been determined as 8 times faster with the novel system compared to the classical one. Finally, self-inhibition has been studied and it appears its kinetics is 3 times faster and its amplitude 10 to 20 % higher than what has been previously estimated with the traditional system. The novel integrated microsystem appears therefore to be convenient for electrophysiological measurement on Xenopus oocytes, and displays features suitable for the study of fast kinetics phenomenon, but also high throughput screening applications. Résumé destiné large public : Le corps humain est composé d'organes, eux-mêmes constitués d'un très grand nombre de cellules. Chaque cellule possède une paroi appelée membrane cellulaire qui sépare l'intérieur de cette cellule (milieu intracellulaire) du liquide (milieu extracellulaire) dans lequel elle baigne. Le maintien de la composition stable de ce milieu extracellulaire est essentiel pour la survie des cellules et donc de l'organisme. Le sodium est un des composants majeurs du milieu extracellulaire, sa quantité dans celui-ci doit être particulièrement contrôlée. Le sodium joue en effet un rôle important : il conditionne le volume de ce liquide extracellulaire, donc, par la même, du sang. Ainsi, une grande quantité de sodium présente dans ce milieu va de paire avec une augmentation du volume sanguin, ce qui conduit l'organisme à souffrir d'hypertension. On se rend donc compte qu'il est très important de contrôler la quantité de sodium présente dans les différents liquides de l'organisme. Les apports de sodium dans l'organisme se font par l'alimentation, mais la quantité de sodium présente dans le liquide extracellulaire est contrôlée de manière très précise par le rein. Au niveau de cet organe, on appelle urine primaire le liquide résultant de la filtration du sang. Elle contient de nombreuses substances, des petites molécules, dont l'organisme a besoin (sodium, glucose...), qui sont ensuite récupérées dans l'organe. A la sortie du rein, l'urine finale ne contient plus que l'excédent de ces substances, ainsi que des déchets à éliminer. La récupération du sodium est plus ou moins importante, en fonction des ajustements à apporter à la quantité présente dans le liquide extracellulaire. Elle a lieu grâce à la présence de protéines, dans les membranes des cellules du rein, capables de le transporter et de le faire transiter de l'urine primaire vers le liquide extracellulaire, qui assurera ensuite sa distribution dans l'ensemble de l'organisme. Parmi ces protéines « transporteurs de sodium », nous nous intéressons à une protéine en particulier, appelée ENaC. Il a été montré qu'elle jouait un rôle important dans cette récupération de sodium, elle est en effet impliquée dans des maladies génétiques conduisant à l'hypo- ou à l'hypertension. De précédents travaux ont montré que lorsque le sodium est présent en faible quantité dans l'urine primaire, cette protéine permet d'en récupérer une très grande partie. A l'inverse, lorsque cette quantité de sodium dans l'urine primaire est importante, sa récupération par le biais d'ENaC est réduite. On parle alors d'autorégulation : la protéine elle-même est capable d'adapter son activité de transport en fonction des conditions. Ce phénomène d'autorégulation constitue a priori un mécanisme préventif visant à éviter une trop grande récupération de sodium, limitant ainsi les risques d'hypertension. La première partie de ce travail de thèse a ainsi consisté à clarifier le mécanisme d'autorégulation de la protéine ENaC. Ce phénomène se caractérise en particulier par sa grande vitesse, ce qui le rend difficile à étudier par les méthodes traditionnelles. Nous avons donc, dans une deuxième partie, développé un nouveau système permettant de mieux décrire et analyser cette « autorégulation » d'ENaC. Ce second projet a été mené en collaboration avec l'équipe de Martin Gijs de l'EPFL.

Structural and electrical properties of Fe-doped TiO2 thin films

The present study discusses the effect of iron doping in TiO2 thin films deposited by rf sputtering. Iron doping induces a structural transformation from anatase to rutile and electrical measurements indicate that iron acts as an acceptor impurity. Thermoelectric power measurement shows a transition between n-type and p-type electrical conduction for an iron concentration around 0.13 at.%. The highest p-type conductivity at room temperature achieved by iron doping was 10(-6) S m(-1).

Ion-beam induced oxidation of GaAs and AlGaAs

The oxidation of GaAs and AlxGa1−xAs targets by oxygen irradiation has been studied in detail. It was found that the oxidation process is characterized by the strong preferential oxidation of Al as compared to Ga, and of Ga as compared to As. This experimental observation, which has been accurately quantified by using x‐ray photoelectron spectroscopy, is connected to the different heats of formation of the corresponding oxides. The oxide grown by ion beam oxidation shows a strong depletion in As and relatively low oxidation of As as well. The depletion can be associated with the preferential sputtering of the As oxide in respect to other compounds whereas the low oxidation is due to the low heat of formation. In contrast Al is rapidly and fully oxidized, turning the outermost layer of the altered layer to a single Al2O3 overlayer, as observed by transmission electron microscopy. The radiation enhanced diffusion of oxygen and aluminum in the altered layer explains the large thickness of these altered layers and the formation of Al oxides on top of the layers. For the case of ion‐beam oxidation of GaAs a simulation program has been developed which describes adequately the various growth mechanisms experimentally observed

SH3TC2/KIAA1985 protein is required for proper myelination and the integrity of the node of Ranvier in the peripheral nervous system.

Charcot-Marie-Tooth disease type 4C (CMT4C) is an early-onset, autosomal recessive form of demyelinating neuropathy. The clinical manifestations include progressive scoliosis, delayed age of walking, muscular atrophy, distal weakness, and reduced nerve conduction velocity. The gene mutated in CMT4C disease, SH3TC2/KIAA1985, was recently identified; however, the function of the protein it encodes remains unknown. We have generated knockout mice where the first exon of the Sh3tc2 gene is replaced with an enhanced GFP cassette. The Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) knockout animals develop progressive peripheral neuropathy manifested by decreased motor and sensory nerve conduction velocity and hypomyelination. We show that Sh3tc2 is specifically expressed in Schwann cells and localizes to the plasma membrane and to the perinuclear endocytic recycling compartment, concordant with its possible function in myelination and/or in regions of axoglial interactions. Concomitantly, transcriptional profiling performed on the endoneurial compartment of peripheral nerves isolated from control and Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals uncovered changes in transcripts encoding genes involved in myelination and cell adhesion. Finally, detailed analyses of the structures composed of compact and noncompact myelin in the peripheral nerve of Sh3tc2(DeltaEx1/DeltaEx1) animals revealed abnormal organization of the node of Ranvier, a phenotype that we confirmed in CMT4C patient nerve biopsies. The generated Sh3tc2 knockout mice thus present a reliable model of CMT4C neuropathy that was instrumental in establishing a role for Sh3tc2 in myelination and in the integrity of the node of Ranvier, a morphological phenotype that can be used as an additional CMT4C diagnostic marker.

Heated Optical Fiber for Distributed Soil-Moisture Measurements: A Lysimeter Experiment

An Actively Heated Fiber Optics (AHFO) method to estimate soil moisture is tested and the analysis technique improved on. The measurements were performed in a lysimeter uniformly packed with loam soil with variable water content profiles. In the first meter of the soil profi le, 30 m of fiber optic cable were installed in a 12 loops coil. The metal sheath armoring the fiber cable was used as an electrical resistance heater to generate a heat pulse, and the soil response was monitored with a Distributed Temperature Sensing (DTS) system. We study the cooling following three continuous heat pulses of 120 s at 36 W m(-1) by means of long-time approximation of radial heat conduction. The soil volumetric water contents were then inferred from the estimated thermal conductivities through a specifically calibrated model relating thermal conductivity and volumetric water content. To use the pre-asymptotic data we employed a time correction that allowed the volumetric water content to be estimated with a precision of 0.01-0.035 (m(3) m(-3)). A comparison of the AHFO measurements with soil-moisture measurements obtained with calibrated capacitance-based probes gave good agreement for wetter soils [discrepancy between the two methods was less than 0.04 (m(3) m(-3))]. In the shallow drier soils, the AHFO method underestimated the volumetric water content due to the longertime required for the temperature increment to become asymptotic in less thermally conductive media [discrepancy between the two methods was larger than 0.1 (m(3) m(-3))]. The present work suggests that future applications of the AHFO method should include longer heat pulses, that longer heating and cooling events are analyzed, and, temperature increments ideally be measured with higher frequency.

Phosphatidic acid mediates demyelination in Lpin1 mutant mice

Lipids play crucial roles in many aspects of glial cell biology, affecting processes ranging from myelin membrane biosynthesis to axo-glial interactions. In order to study the role of lipid metabolism in myelinating glial cells, we specifically deleted in Schwann cells the Lpin1 gene, which encodes the Mg2+-dependent phosphatidate phosphatase (PAP1) enzyme necessary for normal triacylglycerol biosynthesis. The affected animals developed pronounced peripheral neuropathy characterized by myelin degradation, Schwann cell dedifferentiation and proliferation, and a reduction in nerve conduction velocity. The observed demyelination is mediated by endoneurial accumulation of the substrate of the PAP1 enzyme, phosphatidic acid (PA). In addition, we show that PA is a potent activator of the MEK-Erk pathway in Schwann cells, and that this activation is required for PA-induced demyelination. Our results therefore reveal a surprising role for PA in Schwann cell fate determination and provide evidence of a direct link between diseases affecting lipid metabolism and abnormal Schwann cell function

Geochemistry of the thermal springs and fumaroles of Basse-Terre Island, Guadeloupe, Lesser Antilles

The purpose of this work was to study jointly the volcanic-hydrothermal system of the high-risk volcano La Soufriere, in the southern part of Basse-Terre, and the geothermal area of Bouillante, on its western coast, to derive an all-embracing and coherent conceptual geochemical model that provides the necessary basis for adequate volcanic surveillance and further geothermal exploration. The active andesitic dome of La Soufriere has erupted eight times since 1660, most recently in 1976-1977. All these historic eruptions have been phreatic. High-salinity, Na-CI geothermal liquids circulate in the Bouillante geothermal reservoir, at temperatures close to 250 degrees C. These Na-CI solutions rise toward the surface, undergo boiling and mixing with groundwater and/or seawater, and feed most Na-CI thermal springs in the central Bouillante area. The Na-Cl thermal springs are surrounded by Na-HCO3 thermal springs and by the Na-Cl thermal spring of Anse a la Barque (a groundwater slightly mixed with seawater), which are all heated through conductive transfer. The two main fumarolic fields of La Soufriere area discharge vapors formed through boiling of hydrothermal aqueous solutions at temperatures of 190-215 degrees C below the ``Ty'' fault area and close to 260 degrees C below the dome summit. The boiling liquid producing the vapors of the Ty fault area has SD and delta(18)O values relatively similar to those of the Na-CI liquids of the Bouillante geothermal reservoir, whereas the liquid originating the vapors of the summit fumaroles is strongly enriched in O-18, due to input of magmatic fluids from below. This process is also responsible for the paucity of CH;I in the fumaroles. The thermal features around La Soufriere dome include: (a) Ca-SO4 springs, produced through absorption of hydrothermal vapors in shallow groundwaters; (b) conductively heated, Ca-Na-HCO3 springs; and (c) two Ca-Na-Cl springs produced through mixing of shallow Ca-SO4 waters and deep Na-Cl hydrothermal liquids. The geographical distribution of the different thermal features of La Soufriere area indicates the presence of: (a) a central zone dominated by the ascent of steam, which either discharges at the surface in the fumarolic fields or is absorbed in shallow groundwaters; and (b) an outer zone, where the shallow groundwaters are heated through conduction or addition of Na-Cl liquids coming from hydrothermal aquifer(s).

Manifestations électrocardiographiques de l'hyperkaliémie modérée à sévère

L'hyperpotassémie est un désordre électrolytique, qui dans des situations extrêmes, peut conduire au décès. Les premières études effectuées montraient un lien entre la progression du taux de potassium et l'apparition de modifications électrocardiographiques. Certaines études, plus récentes, ont mis en doute cette hypothèse. Notre étude a pour but de chercher quels sont les facteurs associés à l'apparition d'un pattern électrocardiographique typique, en cas d'hyperpotassémie modérée à sévère (≥7mmol/l), dans une population adulte hospitalière, non sélectionnée. Le 2ème objectif est d'estimer la mortalité liée à ce degré d'hyperkaliémie. Etude au design rétrospectif, sélectionnant les patients adultes avec K : ≥ 7mmol/L, entre 2009 et 2010 au CHUV, ayant un électrocardiogramme à disposition entre -1h et +2h de la prise de sang. Recueil des valeurs de laboratoires et des comorbidités de ces patients et analyse des électrocardiogrammes : fréquence cardiaque, durée QRS, durée QTc, amplitudes ondes T et RS, présence d'un trouble de la conduction, d'une fibrillation ou d'un flutter, d'un rythme jonctionnel. Résultats : Sur les 82 patients sélectionnés, l'analyse statistique a mis en évidence que le taux de potassium n'est corrélé ni à l'apparition de modifications électrocardiographiques typiques, ni à la mortalité. Le seul élément pouvant prédire, sur l'électrocardiogramme, l'apparition d'un pattern typique est le degré d'acidémie. Le risque de décès ou de présenter un arrêt cardiorespiratoire en cas d'hyperkaliémie modérée à sévère est principalement déterminé par la présence d'une acidose métabolique.

The L-Type Ca2+ and KATP channels may contribute to pacing-induced protection against anoxia-reoxygenation in the embryonic heart model

Rapport de synthèse : Implication des canaux Ca2+ de type L et des canaux KATP dans la protection induite par pacing dans un modèle de coeur embryonnaire soumis à l'anoxieréoxygénation. Contexte et but : le canal Ca2+ de type L, les canaux K+ du sarcolemme (sarcKatp) et de la mitochondrie (mitoKatp) interviennent dans le préconditionnement ischémique ou pharmacologique du myocarde. La présente étude cherche à déterminer dans quelle mesure ces canaux peuvent aussi jouer un rôle dans la cardioprotection induite par pacing. Méthodes :des coeurs d'embryons de poulet âgés de 4 jours ont été soumis in ovo à un pacing durant 12 heures, en pratiquant une stimulation électrique ventriculaire asynchrone intermittente à 110% de la fréquence cardiaque intrinsèque. Les coeurs contrôles (sham) et les coeurs stimulés ont ensuite été soumis in vitro à une période d'anoxie de 30 minutes, suivie d'une réoxygénation de 60 minutes. Les coeurs ont été exposés à l'agoniste du canal Ca2+ de type L (Bay-K-8644, BAY-K) ou à son bloqueur (vérapamil, VERAP), à l'antagoniste non sélectif des canaux KATP (glibenclamide, GLIB), ainsi qu'à l'agoniste du canal mitoKATP (diazoxide, DIAZO), ou à son antagoniste (5-hydroxydécanoate, 5-HD). L'électrocardiogramme, le délai électro-mécanique (DEM) reflétant le couplage excitation-contraction, ainsi que la contractilité myocardique ont été systématiquement déterminés pendant l'anoxieréoxygénation. Résultats : en normoxie, la fréquence cardiaque, l'intervalle QT, la conduction atrioventriculaire, le DEM et le raccourcissement ventriculaires étaient identiques dans les coeurs sham et les coeurs stimulés. Par contre, au cours de la réoxygénation post-anoxique, les arythmies cessaient plus précocément et le DEM ventriculaire retrouvait plus rapidement son niveau initial dans les coeurs stimulés, comparés aux sham. Dans les coeurs sham, BAY-K (mais pas le VERAP), DIAZO (mais pas le 5HD) ou GLIB accéléraient la récupération du DEM ventriculaire, reproduisant ainsi la protection induite par le pacing. En revanche, aucun de ces agents n'affectait la récupération des cceurs stimulés. Conclusion : un pacing ventriculaire chronique et intermittent délivré à une fréquence quasi physiologique améliore la tolérance myocardique à une anoxie-réoxygénation ultérieure. L'approche pharmacologique amontré qu'une activation discrète du canal Ca2+ de type L, une inhibition du canal sarcKATP et/ou une ouverture du canal mitoKATP peuvent contribuer à la cardioprotection induite par le pacing.

Developmental changes in cardiac recovery from anoxia-reoxygenation.

The developing cardiovascular system is known to operate normally in a hypoxic environment. However, the functional and ultrastructural recovery of embryonic/fetal hearts subjected to anoxia lasting as long as hypoxia/ischemia performed in adult animal models remains to be investigated. Isolated spontaneously beating hearts from Hamburger-Hamilton developmental stages 14 (14HH), 20HH, 24HH, and 27HH chick embryos were subjected in vitro to 30 or 60 min of anoxia followed by 60 min of reoxygenation. Morphological alterations and apoptosis were assessed histologically and by transmission electron microscopy. Anoxia provoked an initial tachycardia followed by bradycardia leading to complete cardiac arrest, except for in the youngest heart, which kept beating. Complete atrioventricular block appeared after 9.4 +/- 1.1, 1.7 +/- 0.2, and 1.6 +/- 0.3 min at stages 20HH, 24HH, and 27HH, respectively. At reoxygenation, sinoatrial activity resumed first in the form of irregular bursts, and one-to-one atrioventricular conduction resumed after 8, 17, and 35 min at stages 20HH, 24HH, and 27HH, respectively. Ventricular shortening recovered within 30 min except at stage 27HH. After 60 min of anoxia, stage 27HH hearts did not retrieve their baseline activity. Whatever the stage and anoxia duration, nuclear and mitochondrial swelling observed at the end of anoxia were reversible with no apoptosis. Thus the embryonic heart is able to fully recover from anoxia/reoxygenation although its anoxic tolerance declines with age. Changes in cellular homeostatic mechanisms rather than in energy metabolism may account for these developmental variations.

S100A1 deficiency results in prolonged ventricular repolarization in response to sympathetic activation.

S100A1 is a Ca(2+)-binding protein and predominantly expressed in the heart. We have generated a mouse line of S100A1 deficiency by gene trap mutagenesis to investigate the impact of S100A1 ablation on heart function. Electrocardiogram recordings revealed that after beta-adrenergic stimulation S100A1-deficient mice had prolonged QT, QTc and ST intervals and intraventricular conduction disturbances reminiscent of 2 : 1 bundle branch block. In order to identify genes affected by the loss of S100A1, we profiled the mutant and wild type cardiac transcriptomes by gene array analysis. The expression of several genes functioning to the electrical activity of the heart were found to be significantly altered. Although the default prediction would be that mRNA and protein levels are highly correlated, comprehensive immunoblot analyses of salient up- or down-regulated candidate genes of any cellular network revealed no significant changes on protein level. Taken together, we found that S100A1 deficiency results in cardiac repolarization delay and alternating ventricular conduction defects in response to sympathetic activation accompanied by a significantly different transcriptional regulation.