Direct numerical simulations of interface dynamics to link capillary pressure and total surface energy

The flow of two immiscible fluids through a porous medium depends on the complex interplay between gravity, capillarity, and viscous forces. The interaction between these forces and the geometry of the medium gives rise to a variety of complex flow regimes that are difficult to describe using continuum models. Although a number of pore-scale models have been employed, a careful investigation of the macroscopic effects of pore-scale processes requires methods based on conservation principles in order to reduce the number of modeling assumptions. In this work we perform direct numerical simulations of drainage by solving Navier-Stokes equations in the pore space and employing the Volume Of Fluid (VOF) method to track the evolution of the fluid-fluid interface. After demonstrating that the method is able to deal with large viscosity contrasts and model the transition from stable flow to viscous fingering, we focus on the macroscopic capillary pressure and we compare different definitions of this quantity under quasi-static and dynamic conditions. We show that the difference between the intrinsic phase-average pressures, which is commonly used as definition of Darcy-scale capillary pressure, is subject to several limitations and it is not accurate in presence of viscous effects or trapping. In contrast, a definition based on the variation of the total surface energy provides an accurate estimate of the macroscopic capillary pressure. This definition, which links the capillary pressure to its physical origin, allows a better separation of viscous effects and does not depend on the presence of trapped fluid clusters.

Mechanism of urinary calcium regulation by urinary magnesium and pH.

Urinary magnesium and pH are known to modulate urinary calcium excretion, but the mechanisms underlying these relationships are unknown. In this study, the data from 17 clinical trials in which urinary magnesium and pH were pharmacologically manipulated were analyzed, and it was found that the change in urinary calcium excretion is directly proportional to the change in magnesium excretion and inversely proportional to the change in urine pH; a regression equation was generated to relate these variables (R(2) = 0.58). For further exploration of these relationships, intravenous calcium chloride, magnesium chloride, or vehicle was administered to rats. Magnesium infusion significantly increased urinary calcium excretion (normalized to urinary creatinine), but calcium infusion did not affect magnesium excretion. Parathyroidectomy did not prevent this magnesium-induced hypercalciuria. The effect of magnesium loading on calciuria was still observed after treatment with furosemide, which disrupts calcium and magnesium absorption in the thick ascending limb, suggesting that the effect may be mediated by the distal nephron. The calcium channel TRPV5, normally present in the distal tubule, was expressed in Xenopus oocytes. Calcium uptake by TRPV5 was directly inhibited by magnesium and low pH. In summary, these data are compatible with the hypothesis that urinary magnesium directly inhibits renal calcium absorption, which can be negated by high luminal pH, and that this regulation likely takes place in the distal tubule.

Targeting vascular NADPH oxidase 1 blocks tumor angiogenesis through a PPARα mediated mechanism.

Reactive oxygen species, ROS, are regulators of endothelial cell migration, proliferation and survival, events critically involved in angiogenesis. Different isoforms of ROS-generating NOX enzymes are expressed in the vasculature and provide distinct signaling cues through differential localization and activation. We show that mice deficient in NOX1, but not NOX2 or NOX4, have impaired angiogenesis. NOX1 expression and activity is increased in primary mouse and human endothelial cells upon angiogenic stimulation. NOX1 silencing decreases endothelial cell migration and tube-like structure formation, through the inhibition of PPARα, a regulator of NF-κB. Administration of a novel NOX-specific inhibitor reduced angiogenesis and tumor growth in vivo in a PPARα dependent manner. In conclusion, vascular NOX1 is a critical mediator of angiogenesis and an attractive target for anti-angiogenic therapies.

Mechanism of hcnA mRNA recognition in the Gac/Rsm signal transduction pathway of Pseudomonas fluorescens.

In the plant-beneficial bacterium Pseudomonas fluorescens CHA0, the expression of antifungal exoproducts is controlled by the GacS/GacA two-component system. Two RNA binding proteins (RsmA, RsmE) ensure effective translational repression of exoproduct mRNAs. At high cell population densities, GacA induces three small RNAs (RsmX, RsmY, RsmZ) which sequester both RsmA and RsmE, thereby relieving translational repression. Here we systematically analyse the features that allow the RNA binding proteins to interact strongly with the 5' untranslated leader mRNA of the P. fluorescens hcnA gene (encoding hydrogen cyanide synthase subunit A). We obtained evidence for three major RsmA/RsmE recognition elements in the hcnA leader, based on directed mutagenesis, RsmE footprints and toeprints, and in vivo expression data. Two recognition elements were found in two stem-loop structures whose existence in the 5' leader region was confirmed by lead(II) cleavage analysis. The third recognition element, which overlapped the hcnA Shine-Dalgarno sequence, was postulated to adopt either an open conformation, which would favour ribosome binding, or a stem-loop structure, which may form upon interaction with RsmA/RsmE and would inhibit access of ribosomes. Effective control of hcnA expression by the Gac/Rsm system appears to result from the combination of the three appropriately spaced recognition elements.

Activation of electrical triggers of atrial fibrillation in hyperthyroidism.

CONTEXT: A shortening of the atrial refractory period has been considered as the main mechanism for the increased risk of atrial fibrillation in hyperthyroidism. However, other important factors may be involved. OBJECTIVE: Our objective was to determine the activity of abnormal supraventricular electrical depolarizations in response to elevated thyroid hormones in patients without structural heart disease. PATIENTS AND DESIGN: Twenty-eight patients (25 females, three males, mean age 43+/-11 yr) with newly diagnosed and untreated hyperthyroidism were enrolled in a prospective trial after exclusion of heart disease. Patients were followed up for 16 +/- 6 months and studied at baseline and 6 months after normalization of serum TSH levels. MAIN OUTCOME MEASURES: The incidence of abnormal premature supraventricular depolarizations (SVPD) and the number of episodes of supraventricular tachycardia was defined as primary outcome measurements before the start of the study. In addition, heart rate oscillations (turbulence) after premature depolarizations and heart rate variability were compared at baseline and follow-up. RESULTS: SVPDs decreased from 59 +/- 29 to 21 +/- 8 per 24 h (P = 0.003), very early SVPDs (so called P on T) decreased from 36 +/- 24 to 3 +/- 1 per 24 h (P < 0.0001), respectively, and nonsustained supraventricular tachycardias decreased from 22 +/- 11 to 0.5 +/- 0.2 per 24 h (P = 0.01) after normalization of serum thyrotropin levels. The hyperthyroid phase was characterized by an increased heart rate (93 +/- 14 vs. 79 +/- 8 beats/min, P < 0.0001) and a decreased turbulence slope (3.6 vs. 9.2, P = 0.003), consistent with decreased vagal tone. This was confirmed by a significant decrease of heart rate variability. CONCLUSION: Hyperthyroidism is associated with an increased supraventricular ectopic activity in patients with normal hearts. The activation of these arrhythmogenic foci by elevated thyroid hormones may be an important causal link between hyperthyroidism and atrial fibrillation.

Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

Insulin resistance in mice lacking neuronal nitric oxide synthase is related to an alpha-adrenergic mechanism

Rapport de synthèse : Le monoxyde d'azote (NO) joue un rôle important dans la régulation de l'homéostasie du système cardiovasculaire et du glucose. Les souris déficientes pour le gène codant l'isoforme neuronale de la synthase de monoxyde d'azote (nNOS) sont résistantes à l'insuline, mais les mécanismes sous-jacents sont inconnus. Le manque de NO produit par la nNOS pourrait être à l'origine d'une diminution de la perfusion du muscle squelettique et ainsi d'une diminution de l'apport de substrat. Alternativement, le déficit de nNOS normalement hautement exprimé dans le tissu musculaire squelettique pourrait directement y perturber la consommation de glucose. Finalement l'absence de l'action sympatholytique du NO neuronal pourrait diminuer la sensibilité à l'insuline. Afin de tester ces hypothèses nous avons étudié, chez des souris déficientes en nNOS et des souris-contrôle, la consommation corporelle totale de glucose et le flux musculaire squelettique pendant des clamps hyperinsulinémiques euglycémiques in vivo, ainsi que la consommation de glucose dans le muscle squelettique in vitro. De plus nous avons analysé les effets d'une inhibition alpha-adrénergique sur la consommation de glucose pendant les clamps hyperinsulinémiques euglycémiques in vivo. Le taux de perfusion de glucose pendant les clamps était grossièrement 15 pourcent plus bas (P<0.001) chez les souris déficientes en nNOS que chez les souris-contrôle. Cette résistance à l'insuline chez les souris déficientes en nNOS n'était due ni à une stimulation déficiente du flux sanguin musculaire par l'insuline ni à un défaut intrinsèque de la consommation de glucose du muscle (qui étaient comparables dans les deux groupes), mais à un mécanisme alpha-adrénergique, car l'administration de phentolamine rétablissait la sensibilité à l'insuline chez les souris déficientes en nNOS. Ces résultats suggèrent qu'une hyperactivité sympathique, potentiellement due à la perte de l'inhibition neuronale centrale du flux sympathique par le NO provenant de nNOS, contribue à la résistance à l'insuline des souris déficientes en nNOS. Par ailleurs ces résultats tendent à prouver qu'un défaut de production de NO provoquerait une résistance à l'insuline par des mécanismes différents selon l'isoforme de NO synthase déficiente (par exemple chez les souris déficientes pour la forme endothéliale de NO synthase, il a été montré que la résistance à l'insuline est due à un défaut de stimulation de la perfusion musculaire par l'insuline et à un défaut du signalling de l'insuline dans la cellule musculaire squelettique). Chez l'être humain il est établi que les états de résistance à l'insuline sont associés à une synthèse défectueuse et/ou une mauvaise biodisponibilité du NO, ainsi qu'à une hyperactivité sympathique. Nous spéculons que la perte d'inhibition centrale du flux sympathique représente un mécanisme contribuant à la résistance à l'insuline et ses complications cardiovasculaires chez l'être humain.

Rationale and design of a randomized, double-blind, parallel-group study of terutroban 30 mg/day versus aspirin 100 mg/day in stroke patients: the prevention of cerebrovascular and cardiovascular events of ischemic origin with terutroban in patients with a history of ischemic stroke or transient ischemic attack (PERFORM) study.

BACKGROUND: Ischemic stroke is the leading cause of mortality worldwide and a major contributor to neurological disability and dementia. Terutroban is a specific TP receptor antagonist with antithrombotic, antivasoconstrictive, and antiatherosclerotic properties, which may be of interest for the secondary prevention of ischemic stroke. This article describes the rationale and design of the Prevention of cerebrovascular and cardiovascular Events of ischemic origin with teRutroban in patients with a history oF ischemic strOke or tRansient ischeMic Attack (PERFORM) Study, which aims to demonstrate the superiority of the efficacy of terutroban versus aspirin in secondary prevention of cerebrovascular and cardiovascular events. METHODS AND RESULTS: The PERFORM Study is a multicenter, randomized, double-blind, parallel-group study being carried out in 802 centers in 46 countries. The study population includes patients aged > or =55 years, having suffered an ischemic stroke (< or =3 months) or a transient ischemic attack (< or =8 days). Participants are randomly allocated to terutroban (30 mg/day) or aspirin (100 mg/day). The primary efficacy endpoint is a composite of ischemic stroke (fatal or nonfatal), myocardial infarction (fatal or nonfatal), or other vascular death (excluding hemorrhagic death of any origin). Safety is being evaluated by assessing hemorrhagic events. Follow-up is expected to last for 2-4 years. Assuming a relative risk reduction of 13%, the expected number of primary events is 2,340. To obtain statistical power of 90%, this requires inclusion of at least 18,000 patients in this event-driven trial. The first patient was randomized in February 2006. CONCLUSIONS: The PERFORM Study will explore the benefits and safety of terutroban in secondary cardiovascular prevention after a cerebral ischemic event.

Loss of insulin synthesis and beta cell survival induced by oxidized LDL require activation of reticulum endoplasmic stress: a mechanism countered by HDL

Elevated circulating concentrations in modified LDL-cholesterol particles (e.g. oxidised LDL) and low levels in HDL increase not only the risk for diabetic patients to develop cardiovascular diseases but also may contribute to development and progression of diabetes by directly having adverse effects on β-cells. Chronic exposure of β-cells to 2 mM human oxidised LDL-cholesterol (oxLDL) increases the rate of apoptosis, reduce insulin biosynthesis and the secretory capacity of the cells in response to nutrients. In line with the protective role, HDL efficiently antagonised the harmful effects of ox- LDL, suggesting that low levels of HDL would be inefficient to protect β-cells against oxLDL attack in patients. Activation of endoplasmic reticulum (ER) stress is pointed out to contribute to β-cell dysfunction elicited by environmental stressors. In this study we investigated whether activation of ER stress is required for oxLDL to mediate detrimental effects on β-cells and we tested the potential antagonist properties of HDL: The mouse MIN6 insulin-secreting cells were cultured with 2 mM of LDL-cholesterol preparation (native or in vitro oxidized) in the presence or absence of 1 mM of HDL-cholesterol or the ER stress inhibitor 4-phenylbutyrate (4-PBA): Prolonged exposure of MIN6 cells to 2 mM oxLDL-cholesterol for 48 hours led to an increase in expression of ER stress markers such as ATF4, CHOP and p58 and stimulated the splicing of XBP-1 whereas, induction of these markers was not observable in the cells cultured with native LDL. Treatment of the cells with the 4-PBA chemical chaperone molecule efficiently blocked activation of the ER stress markers induced by oxLDL. The latter mediates β-cell dysfunction and apoptosis by diminishing the expression of islet brain 1 (IB1) and Bcl2. The levels of these two proteins were preserved in the cells that were co-treated with oxLDL and the 4-PBA. Consistent with this result we found that blockade of ER stress activation alleviated the loss of insulin synthesis and abolished apoptosis evoked by oxLDL. However incubation of the cells with 4-PBA did not prevent impairment of insulin secretion elicited by oxLDL, indicating that ER stress is not responsible for the oxLDL-mediated defect of insulin secretion. Co-incubation of the cells with HDL mimicked the effects of 4-PBA on the expression of IB1 and Blc2 and thereby counteracted oxLDL attacks on insulin synthesis and cell survivals. We found that HDL efficiently inhibited activation of the ER stress mediated by oxLDL: These data highlight the contribution of the ER stress in the defects of insulin synthesis and cell survivals induced by oxLDL and emphasize the potent role of HDL to counter activation of the oxLDL-mediated ER-stress activation:

Neurophysiological effects of vasopressin and oxytocin in the central amygdala of the rat : a potential mechanism for the opposite modulation of anxiety and fear behavior

Abstract The amygdala is a group of nuclei in the temporal lobe of the brain that plays a crucial role in anxiety and fear behavior. Sensory information converges in the basolateral and lateral nuclei of the amygdala, which have been the first regions in the brain where the acquisition of new (fear) memories has been associated with long term changes in synaptic transmission. These nuclei, in turn, project to the central nucleus of the amygdala. The central amygdala, through its extensive projections to numerous nuclei in the midbrain and brainstem, plays a pivotal role in the orchestration of the rapid autonomic and endocrine fear responses. In the central amygdala a large number of neuropeptides and receptors is expressed, among which high levels of vasopressin and oxytocin receptors. Local injections of these peptides into the amygdala modulate several aspects of the autonomic fear reaction. Interestingly, their effects are opposing: vasopressin tends to enhance the fear reactions, whereas oxytocin has anxiolytic effects. In order to investigate the neurophysiological mechanisms that could underlie this opposing modulation of the fear behavior, we studied the effects of vasopressin and oxytocin on the neuronal activity in an acute brain slice preparation of the rat central amygdala. We first assessed the effects of vasopressin and oxytocin on the spontaneous activity of central amygdala neurons. Extracellular single unit recordings revealed two major populations of neurons: a majority of neurons was excited by vasopressin and inhibited by oxytocin, whereas other neurons were only excited by oxytocin receptor activation. The inhibitory effect of oxytocin could be reduced by the block of GABAergic transmission, whereas the excitatory effects of vasopressin and oxytocin were not affected. In a second step we identified the cellular mechanisms for the excitatory effects of both peptides as well as the morphological and biochemical mechanisms underlying the opposing effects, by using sharp electrode recordings together with intracellular labelings. We revealed that oxytocin-excited neurons are localized in the lateral part (CeL) whereas vasopressin excited cells are found in the medial part of the central amygdala (CeM). The tracing of the neuronal morphology showed that the axon collaterals of the oxytocin-excited neurons project from the CeL, far into the CeM. Combined immunohistochemical stainings indicated that these projections are GABAergic. In the third set of experiments we investigated the synaptic interactions between the two identified cell populations. Whole-cell patch-clamp recordings in the CeM revealed that the inhibitory effect of oxytocin was caused by the massive increase of inhibitory GABAergic currents, which was induced by the activation of CeL neurons. Finally, the effects of vasopressin and oxytocin on evoked activity were investigated. We found on the one hand, that the probability of evoking action potentials in the CeM by stimulating the basolateral amygdala afferents was enhanced under vasopressin, whereas it decreased under oxytocin. On the other hand, the impact of cortical afferents stimulation on the CeL neurons was enhanced by oxytocin application. Taken together, these findings have allowed us to develop a model, in which the opposing behavioral effects of vasopressin and oxytocin are caused by a selective activation of two distinct populations of neurons in the GABAergic network of the central amygdala. Our model could help to develop new anxiolytic treatments, which modulate simultaneously both receptor systems. By acting on a GABAergic network, such treatments can further be tuned by combinations with classical benzodiazepines. Résumé: L'amygdale est un groupe de noyaux cérébraux localisés dans le lobe temporal. Elle joue un rôle essentiel dans les comportements liés à la peur et l'anxiété. L'information issue des aires sensorielles converge vers les noyaux amygdaliens latéraux et basolatéraux, qui sont les projections vers différents noyaux du tronc cérébral et de l'hypothalamus, joue un rôle clef premières régions dans lesquelles il a été démontré que l'acquisition d'une nouvelle mémoire (de peur) était associée à des changements à long terme de la transmission synaptique. Ces noyaux envoient leurs projections sur l'amygdale centrale, qui à travers ses propres dans l'orchestration des réponses autonomes et endocrines de peur. Le contrôle de l'activité neuronale dans l'amygdale centrale module fortement la réaction de peur. Ainsi, un grand nombre de neuropeptides sont spécifiquement exprimés dans l'amygdale centrale et un bon nombre d'entre eux interfère dans la réaction de peur et d'anxiété. Chez les rats, une forte concentration de récepteurs à l'ocytocine et à la vasopressine est exprimée dans le noyau central, et l'injection de ces peptides dans l'amygdale influence différents aspects de la réaction viscérale associée à la peur. Il est intéressant de constater que ces peptides exercent des effets opposés. Ainsi, la vasopressine augmente la réaction de peur alors que l'ocytocine a un effet anxiolytique. Afin d'investiguer les mécanismes neurophysiologiques responsables de ces effets opposés, nous avons étudié l'effet de la vasopressine et de l'ocytocine sur l'activité neuronale de préparations de tranches de cerveau de rats contenant entre autres de l'amygdale centrale. Tout d'abord, notre intérêt s'est porté sur les effets de ces deux neuropeptides sur l'activité spontanée dans l'amygdale centrale. Des enregistrements extracellulaires ont révélé différentes populations de neurones ; une majorité était excitée par la vasopressine et inhibée par l'ocytocine ; d'autres étaient seulement excités par l'activation du récepteur à l'ocytocine. L'effet inhibiteur de l'ocytocine a pu être réduit par l'inhibition de la transmission GABAergique, alors que ses effets excitateurs n'étaient pas affectés. Dans un deuxième temps, nous avons identifié les mécanismes cellulaires responsables de l'effet excitateur de ces deux peptides et analysé les caractéristiques morphologiques et biochimiques des neurones affectés. Des enregistrements intracellulaires ont permis de localiser les neurones excités par l'ocytocine dans la partie latérale de l'amygdale centrale (CeL), et ceux excités par la vasopressine dans sa partie médiale (CeM). Le traçage morphologique des neurones a révélé que les collatérales axonales des cellules excitées par l'ocytocine projetaient du CeL loin dans le CeM. De plus, des colorations immuno-histochimiques ont révélé que ces projections étaient GABAergiques. Dans un troisième temps, nous avons étudié les interactions synaptiques entre ces deux populations de cellules. Les enregistrements en whole-cell patch-clamp dans le CeM ont démontré que les effets inhibiteurs de l'ocytocine résultaient de l'augmentation massive des courants GABAergique résultant de l'activation des neurones dans le CeL. Finalement, les effets de l'ocytocine et de la vasopressine sur l'activité évoquée ont été étudiés. Nous avons pu montrer que la probabilité d'évoquer un potentiel d'action dans le CeM, par stimulation de l'amygdale basolatérale, était augmentée sous l'effet de la vasopressine et diminuée sous l'action de l'ocytocine. Par contre, l'impact de la stimulation des afférences corticales sur les neurones du CeL était augmenté par l'application de l'ocytocine. L'ensemble de ces résultats nous a permis de développer un modèle dans lequel les effets comportementaux opposés de la vasopressine et de l'ocytocine sont causés par une activation sélective des deux différentes populations de neurones dans un réseau GABAergique. Un tel modèle pourrait mener au développement de nouveaux traitements anxiolytiques en modulant l'activité des deux récepteurs simultanément. En agissant sur un réseau GABAergique, les effets d'un tel traitement pourraient être rendus encore plus sélectifs en association avec des benzodiazépines classiques.

Long sequence duplications, repeats, and palindromes in HIV-1 gp120: length variation in V4 as the product of misalignment mechanism.

We have shown that indels in gp120 V4 are associated to the presence of duplicated and palindromic sequences, suggesting that they may be produced by strand-slippage misalignment mechanism. Indels in V4 involved region-specific duplications 9 to 15 bp long, and repeats of various lengths, associated to trinucleotides AAT. No duplications were found in V3 and C3. The frequency of palindromic sequences in individual genes was found to be significantly higher in gp120 (p < or = 3.00E-7), and significantly lower in Tat (p < or = 9.00E-7) than the average frequency calculated over the full genome. The finding of elements of misalignment in association with indels in V4 suggests that these mutations may occur in proviral DNA after integration of HIV into the host genome. It also implies that occurrence of large indels in gp120 is not random but is directed by the presence and distribution of elements of misalignment in the HIV genome.

Id Gene regulation and function in the prosensory domains of the chicken inner ear: a link between Bmp Signaling and Atoh1

Bone morphogenetic proteins (Bmps) regulate the expression of the proneural gene Atoh1 and the generation of hair cells in the developing inner ear. The present work explored the role of Inhibitor of Differentiation genes (Id1-3) in this process. The results show that Id genes are expressed in the prosensory domains of the otic vesicle, along with Bmp4 and Bmp7. Those domains exhibit high levels of the phosphorylated form of Bmp-responding R-Smads (P-Smad1,5,8), and of Bmp-dependent Smad transcriptional activity as shown by the BRE-tk-EGFP reporter. Increased Bmp signaling induces the expression of Id1-3 along with the inhibition of Atoh1. Conversely, the Bmp antagonist Noggin or the Bmp-receptor inhibitor Dorsomorphin elicit opposite effects, indicating that Bmp signaling is necessary for Id expression and Atoh1 regulation in the otocyst. The forced expression of Id3 is sufficient to reduce Atoh1 expression and to prevent the expression of hair cell differentiation markers. Together, these results suggest that Ids are part of the machinery that mediates the regulation of hair cell differentiation exerted by Bmps. In agreement with that, during hair cell differentiation Bmp4 expression, P-Smad1,5,8 levels and Id expression are downregulated from hair cells. However, Ids are also downregulated from the supporting cells which contrarily to hair cells exhibit high levels of Bmp4 expression, P-Smad1,5,8, and BRE-tk-EGFP activity, suggesting that in these cells Ids escape from Bmp/Smad signaling. The differential regulation of Ids in time and space may underlie the multiple functions of Bmp signaling during sensory organ development.