Étude du mécanisme de transport des cations par la Na, K-ATPase et de son implication dans la migraine familiale hémiplégique de type 2

Résumé La Na,K-ATPase est une protéine transmembranaire, présente dans toutes les cellules de mammifères et indispensable à la viabilité cellulaire. Elle permet le maintien des gradients sodiques et potassiques à l'origine du potentiel membranaire en transportant 3 Na+ en dehors de la cellule contre 2 K+, grâce à l'énergie fournie par l'hydrolyse d'une molécule d'ATP. Le potentiel membranaire est indispensable au maintien de l'excitabilité cellulaire et à la transmission de l'influx nerveux. Il semblerait que la Na,K-ATPase soit liée à l'hypertension et à certains troubles neurologiques comme la Migraine Familiale Hémiplégique (1VIFH). La MFH est une forme de migraine avec aura, qui se caractérise par une hémiparésie. Cette forme de migraine est très rare. Elle se transmet génétiquement sur un mode autosomique dominant. Plusieurs mutations localisées dans le gène de la Na,K-ATPase ont été identifiées durant ces 3 dernières années. C'est la première fois qu'une maladie génétique est associée au gène de la Na,K-ATPase. La compréhension du fonctionnement de cette protéine peut donner des informations sur les mécanismes conduisant à ces pathologies. On sait que la fonction d'une protéine est liée à sa structure. L'étude de sa fonction nécessite donc l'étude de sa structure. Alors que la structure de la SERCA a été déterminée à haute résolution, par cristallographie, celle de la Na,K-ATPase ne l'est toujours pas. Mais ces 2 ATPases présentent une telle homologie qu'un modèle de la Na,K-ATPase a pu être élaboré à partir de la structure de la SERCA. Les objectifs de cette étude sont d'une part, de comprendre le contrôle de l'accessibilité du K+ extracellulaire àses sites de liaison. Pour cela, nous avons ciblé cette étude sur la 2ìème et la 31eme boucle extracellulaire, qui relient respectivement les segments transmembranaires (STM) 3-4 et 5-6. Le choix s'est porté sur ces 2 boucles car elles bordent le canal des cations formés des 4ième' Sième et 6'ème hélices. D'autre part, nous avons également essayer de comprendre les effets des mutations, liées à la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2 (MFH2), sur la fonctionnalité de la Na,K-ATPase. Alors que les STM et les domaines cytoplasmiques sont relativement proches entre la Na,KATPase et la SERCA, les boucles extracellulaires présentent des différences. Le modèle n'est donc pas une approche fiable pour déterminer la structure et la fonction des régions extracellulaires. Nous avons alors utilisé une approche fonctionnelle faisant appel à la mutation dirigée puis à l'étude de l'activité fonctionnelle de la Na,K ATPase par électrophysiologie sur des ovocytes de Xenopus. En conclusion, nous pouvons dire que la troisième boucle extracellulaire participerait à la structure de la voie d'entrée des cations et que la deuxième boucle extracellulaire semble impliquée dans le contrôle de l'accessibilité des ions K+àses sites de liaison. Concernant les mutations associées à la MFH2, nos résultats ont montré une forte diminution de l'activité fonctionnelle de la pompe Na,K, inférieure aux conditions physiologiques de fonctionnement, et pour une des mutations nous avons observés une diminution de l'affmité apparente au K+ externe. Nous poumons faire l'hypothèse que l'origine pathologique de la migraine est liée à une diminution de l'activité de la pompe à Na+. Summary The Na,K-ATPase is a transmembrane protein, present in all mammalian cells and is necessary for the viability of the cells. It maintains the gradients of Na+ and K+ involved in the membrane potential, by transporting 3Na+ out the cell, and 2K+ into the cell, using the energy providing from one ATP molecule hydrolysis. The membrane potential is necessary for the cell excitability and for the transmission of the nervous signal. Some evidence show that Na,K-ATPase is involved in hypertension and neurological disorders like the Familial Hemiplegic Migraine (FHM). La FHM is a rare form of migraine characterised by aura and hemiparesis and an autosomal dominant transmission. Several mutations linked to the Na,KATPase gene have been identified during these 3 last years. It's the first genetic disorder associated with the Na,K-ATPase gene. Understand the function of this protein is important to elucidate the mechanisms implicated in these pathologies. The function of a protein is linked with its structure. Thus, to know the function of a protein, we need to know its structure. While the Ca-ATPase (SERCA) has been crystallised with a high resolution, the structure of the Na,K-ATPase is not known. Because of the great homology between these 2 ATPases, a model of the Na,K-ATPase was realised by comparing with the structure of the SERCA. The aim of this study is on one side, understand the control of the extracellular K+ accessibility to their binding sites. Because of theirs closed proximity with the cation pathway, located between the 4th, 5th and 6th helices, we have targeted this study on the 2nd and the 3rd extracellular loops linking respectively the transmembrane segment (TMS) 3 and 4, and the TMS 5 and 6. And on the other side, we have tried to understand the functional effects of mutations linked with the Familial Hemiplegic Migraine Type 2 (FHM2). In contrast with the transmembrane segments and the cytoplasmic domains, the extracellular loops show lots of difference between Na,K-ATPase and SERCA, the model is not a good approach to know the structure and the function of the extracellular loops. Thus, we have used a functional approach consisting in directed mutagenesis and the study of the functional activity of the Na,K-ATPase by electrophysiological techniques with Xenopus oocytes. In conclusion, we have demonstrated that the third extracellular loop could participate in the structure of the entry of the cations pathway and that the second extracellular loop could control the K+ accessibility to their binding sites. Concerning the mutations associated with the FHM2, our results showed a strong decrease in the functional activity of the Na,K-pump under physiological conditions and for one of mutations, induce a decrease in the apparent external K+ affinity. We could make the hypothesis that the pathogenesis of migraine is related to the decrease in Na,K-pump activity. Résumé au large publique De la même manière que l'assemblage des mots forme des phrases et que l'assemblage des phrases forme des histoires, l'assemblage des cellules forme des organes et l'ensemble des organes constitue les êtres vivants. La fonction d'une cellule dans le corps humain peut se rapprocher de celle d'une usine hydroélectrique. La matière première apportée est l'eau, l'usine électrique va ensuite convertir l'eau en énergie hydraulique pour fournir de l'électricité. Le fonctionnement de base d'une cellule suit le même processus. La cellule a besoin de matières premières (oxygène, nutriments, eau...) pour produire une énergie sous forme chimique, l'ATP. Cette énergie est utilisée par exemple pour contracter les muscles et permet donc à l'individu de se déplacer. Morphologiquement la cellule est une sorte de petit sac rempli de liquide (milieu intracellulaire) baignant elle-même dans le liquide (milieu extracellulaire) composant le corps humain (un adulte est constitué environ de 65 % d'eau). La composition du milieu intracellulaire est différente de celle du milieu extracellulaire. Cette différence doit être maintenue pour que l'organisme fonctionne correctement. Une des différences majeures est la quantité de sodium. En effet il y a beaucoup plus de sodium à l'extérieur qu'à l'intérieur de la cellule. Bien que l'intérieur de la cellule soit isolé de l'extérieur par une membrane, le sodium arrive à passer à travers cette membrane, ce qui a tendance à augmenter la quantité de sodium dans la cellule et donc à diminuer sa différence de concentration entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Mais dans les membranes, il existe des pompes qui tournent et dont le rôle est de rejeter le sodium de la cellule. Ces pompes sont des protéines connues sous le nom de pompe à sodium ou Na,K-ATPase. On lui attribue le nom de Na,K-ATPase car en réalité elle rejette du sodium (Na) et en échange elle fait entrer dans la cellule du potassium (K), et pour fonctionner elle a besoin d'énergie (ATP). Lorsque les pompes à sodium ne fonctionnent pas bien, cela peut conduire à des maladies. En effet la Migraine Familiale Hémiplégique de type 2, est une migraine très rare qui se caractérise par l'apparition de la paralysie de la moitié d'un corps avant l'apparition du mal de tête. C'est une maladie génétique (altération qui modifie la fonction d'une protéine) qui touche la pompe à sodium située dans le cerveau. On a découvert que certaines altérations (mutations) empêchent les pompes à sodium de fonctionner correctement. On pense alors que le développement des migraines est en partie dû au fait que ces pompes fonctionnent moins bien. Il est important de bien connaître la fonction de ces pompes car cela permet de comprendre des mécanismes pouvant conduire à certaines maladies, comme les migraines. En biologie, la fonction d'une protéine est étudiée à travers sa structure. C'est pourquoi l'objectif de cette thèse a été d'étudier la structure de la Na,K-ATPase afin de mieux comprendre son mécanisme d'action.

Evaluation of uptake and transport of ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles by human brain-derived endothelial cells.

Aim: Ultrasmall superparamagnetic iron oxide nanoparticles (USPIO-NPs) are under development for imaging and drug delivery; however, their interaction with human blood-brain barrier models is not known. Materials & Methods: The uptake, reactive oxygen species production and transport of USPIO-NPs across human brain-derived endothelial cells as models of the blood-brain tumor barrier were evaluated for either uncoated, oleic acid-coated or polyvinylamine-coated USPIO-NPs. Results: Reactive oxygen species production was observed for oleic acid-coated and polyvinylamine-coated USPIO-NPs. The uptake and intracellular localization of the iron oxide core of the USPIO-NPs was confirmed by transmission electron microscopy. However, while the uptake of these USPIO-NPs by cells was observed, they were neither released by nor transported across these cells even in the presence of an external dynamic magnetic field. Conclusion: USPIO-NP-loaded filopodia were observed to invade the polyester membrane, suggesting that they can be transported by migrating angiogenic brain-derived endothelial cells.

Cholesterol transport from late endosomes to the Golgi regulates t-SNARE trafficking, assembly, and function

Cholesterol regulates plasma membrane (PM) association and functioning of syntaxin-4 and soluble N-ethylmaleimide-sensitive fusion protein 23 (SNAP23) in the secretory pathway. However, the molecular mechanism and cellular cholesterol pools that determine the localization and assembly of these target membrane SNAP receptors (t-SNAREs) are largely unknown. We recently demonstrated that high levels of annexin A6 (AnxA6) induce accumulation of cholesterol in late endosomes, thereby reducing cholesterol in the Golgi and PM. This leads to an impaired supply of cholesterol needed for cytosolic phospholipase A2 (cPLA2) to drive Golgi vesiculation and caveolin transport to the cell surface. Using AnxA6-overexpressing cells as a model for cellular cholesterol imbalance, we identify impaired cholesterol egress from late endosomes and diminution of Golgi cholesterol as correlating with the sequestration of SNAP23/syntaxin-4 in Golgi membranes. Pharmacological accumulation of late endosomal cholesterol and cPLA2 inhibition induces a similar phenotype in control cells with low AnxA6 levels. Ectopic expression of Niemann-Pick C1 (NPC1) or exogenous cholesterol restores the location of SNAP23 and syntaxin-4 within the PM. Importantly, AnxA6-mediated mislocalization of these t-SNAREs correlates with reduced secretion of cargo via the SNAP23/syntaxin-4¿dependent constitutive exocytic pathway. We thus conclude that inhibition of late endosomal export and Golgi cholesterol depletion modulate t-SNARE localization and functioning along the exocytic pathway.

Hay competencia en el mercado europeo de transporte aéreo?: el caso español

La liberalización del transporte aéreo que se llevó a término en la Unión Europea a principios de los años noventa ha tenido efectos positivos sobre el bienestar del viajero. No obstante, existe un consenso en la literatura académica que estos efectos dependen de la existencia de una competencia efectiva en el nivel de la ruta. En este sentido, se plantea el problema que puede llegar a suponer las ventajas de escalera de las compañías dominantes en cada mercado interior. Además, se pretende capturar la diferenciación de productos como característica esencial de la industria del transporte aéreo. El análisis de estas cuestiones se realiza de la forma siguiente. En primer lugar, se hace referencia a los principales aspectos económicos que condicionan la competencia en el transporte aéreo. Y en segundo lugar, se implementa un modelo empírico basado en un sistema de tres ecuaciones, que se estima mediante la técnica de las variables instrumentales. La muestra utilizada hace referencia al año 2001 para la mayoría de las rutas del mercado interior español de vuelos regulares en dónde hay competencia. Los resultados de la estimación muestran la existencia de unas condiciones de competencia diferentes según el segmento del mercado al cual se dirigen las compañías aéreas. Efectivamente, la competencia en precios (calidad) parece ser predominante en el segmento de viajeros por motivos personales (negocios). Adicionalmente, el dominio que la compañía dominante tiene sobre la mayoría de las rutas parece descansar en las ventajas competitivas, tanto en términos de costes como en términos de demanda, que le proporciona el control de la red aeroportuaria nacional. De todo esto se puede inferir que el mantenimiento y/o aumento de los beneficios de la liberalización de los servicios de transporte aéreo exige extender la liberalización al uso del aeropuertos así como descentralizar su gestión.

Measuring conduct and cost parameters in the Spanish air transport market

This paper estimates a model of airline competition for the Spanish air transport market. I test the explanatory power of alternative oligopoly models with capacity constraints. In addition, I analyse the degree of density economies. Results show that Spanish airlines conduct follows a price-leadership scheme so that it is less competitive than the Cournot solution. I also find evidence that thin routes can be considered as natural monopolies

Differences in glucose transporter gene expression between rat pancreatic alpha- and beta-cells are correlated to differences in glucose transport but not in glucose utilization.

Glucose exerts inverse effects upon the secretory function of islet alpha- and beta-cells, suppressing glucagon release and increasing insulin release. This diverse action may result from differences in glucose transport and metabolism between the two cell types. The present study compares glucose transport in rat alpha- and beta-cells. beta-Cells transcribed GLUT2 and, to a lesser extent, GLUT 1; alpha-cells contained GLUT1 but no GLUT2 mRNA. No other GLUT-like sequences were found among cDNAs from alpha- or beta-cells. Both cell types expressed 43-kDa GLUT1 protein which was enhanced by culture. The 62-kDa beta-cell GLUT2 protein was converted to a 58-kDa protein after trypsin treatment of the cells without detectable consequences upon glucose transport kinetics. In beta-cells, the rates of glucose transport were 10-fold higher than in alpha-cells. In both cell types, glucose uptake exceeded the rates of glucose utilization by a factor of 10 or more. Glycolytic flux, measured as D-[5(3)H]glucose utilization, was comparable in alpha- and beta-cells between 1 and 10 mmol/liter substrate. In conclusion, differences in glucose transporter gene expression between alpha- and beta-cells can be correlated with differences in glucose transport kinetics but not with different glucose utilization rates.

Diffusive transport in spatially periodic hydrodynamic flows

We calculate the effective diffusion coefficient in convective flows which are well described by one spatial mode. We use an expansion in the distance from onset and homogenization methods to obtain an explicit expression for the transport coefficient. We find that spatially periodic fluid flow enhances the molecular diffusion D by a term proportional to D-1. This enhancement should be easy to observe in experiments, since D is a small number.

Iowa Animal Industry News, 2012, Vol. 14, no. 1

Newsletter produced by Department of Agriculture and Land Stewardship about the animal industry in Iowa.Previously titled Animal Industry News.

Iowa Animal Industry News, January 7, 2011, Vol. 11, no. 1

Newsletter produced by Department of Agriculture and Land Stewardship about the animal industry in Iowa. Previously titled Animal Industry News.

Iowa Animal Industry News, January 20, 2011, Vol. 11, no. 2

Newsletter produced by Department of Agriculture and Land Stewardship about the animal industry in Iowa. Previously titled Animal Industry News.

Iowa Animal Industry News, March 4, 2011, Vol. 11, no. 4

Newsletter produced by Department of Agriculture and Land Stewardship about the animal industry in Iowa. Previously titled Animal Industry News.

Iowa Animal Industry News, February 4, 2011, Vol. 11, no. 3

Newsletter produced by Department of Agriculture and Land Stewardship about the animal industry in Iowa. Previously titled Animal Industry News. Previously titled Animal Industry News.

The geographical concentration of industry across Spanish Regions, 1856-1995

New economic geography models show that there may be a strong relationship between economic integration and the geographical concentration of industries. Nevertheless, this relationship is neither unique nor stable, and may follow a ?-shaped pattern in the long term. The aim of the present paper is to analyze the evolution of the geographical concentration of manufacturing across Spanish regions during the period 1856-1995. We construct several geographical concentration indices for different points in time over these 140 years. The analysis is carried out at two levels of aggregation, in regions corresponding to the NUTS-II and NUTS-III classifications. We confirm that the process of economic integration stimulated the geographical concentration of industrial activity. Nevertheless, the localization coefficients only started to fall after the beginning of the integration of the Spanish Economy into the international markets in the mid-70s, and this new path was not interrupted by Spain¿s entry in the European Union some years later

Agglomeration and labour productivity in Spanish industry: a long-term analysis

This paper analyzes the relationship between spatial density of economic activity and interregional differences in the productivity of industrial labour in Spain during the period 1860-1999. In the spirit of Ciccone and Hall (1996) and Ciccone (2002), we analyze the evolution of this relationship over the long term in Spain. Using data on the period 1860-1999 we show the existence of an agglomeration effect linking the density of economic activity with labour productivity in the industry. This effect was present since the beginning of the industrialization process in the middle of the 19th century but has been decreasing over time. The estimated elasticity of labour productivity with respect to employment density was close to 8% in the subperiod 1860-1900, reduces to a value of around 7% in the subperiod 1914-1930, to 4% in the subperiod 1965-1979 and becomes insignificant in the final subperiod 1985-1999. At the end of the period analyzed there is no evidence of the existence of net agglomeration effects in the industry. This result could be explained by an important increase in the congestion effects in large industrial metropolitan areas that would have compensated the centripetal or agglomeration forces at work. Furthermore, this result is also consistent with the evidence of a dispersion of industrial activity in Spain during the last decades.

On the industry experience premium and labor mobility

[cat] Hi ha evidència que l'experiència es remunera diferentment segons la indústria. Proposem un model teòric que explica aquestes diferències. Suposem que la mobilitat de treballadors aporta coneixement extern a l'empresa i això augmenta la seva productivitat. Els resultats mostren que l'experiència és millor remunerada en les indústries amb costos de mobilitat baixos, amb molt aprenentatge (learning-by-doing) i alt nivell tecnològic. A més, trobem una relació en forma de U entre la remuneració de l'experiència i el nivell d'absorció de coneixement extern, la substitutibilitat entre diferents tipus de treballadors i la varietat de coneixement dins la indústria. Els resultats són consistents amb l'evidència que les indústries intensives en I and D remuneren millor l'experiència.