Heteroplasmy in mammal mitochondrial deoxyribonucleic acid

La nature a développé diverses stratégies afin d’assurer le commencement de la vie dans des conditions d’homoplasmie, c’est-à-dire des conditions telles que les cellules sont dotées du même ADN mitochondrial. Toutefois, des nouveaux haplotypes de l’acide désoxyribonucléique mitochondrial (ADNmt) peuvent apparaitre et croître de plusieurs façons tout au long de la durée d’une vie menant à l’hétéroplasmie. Par exemple, l’hétéroplasmie de l’ADNmt peut être créée artificiellement par des technologies reproductives assistées, ainsi que naturellement par le processus de vieillissement. De ce fait, la thèse de ce doctorat fut divisée en deux principaux objectifs. Le premier étant celui d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt produit par le transfert nucléaire des cellules somatiques (SCNT) lors du développement de l’embryon jusqu’au fœtus et aux tissus adultes de bovins clonés. En ce qui concerne le second objectif, il s’agit d’analyser les changements survenus dans l’hétéroplasmie de l’ADNmt causés par le vieillissement dans une cellule somatique adulte et dans des tissus germinaux durant l’ovogénèse, ainsi qu’au début de l’embryogenèse et dans la procédure de culture in vitro sur des souris. Dans la première série d’expériences sur des bovins, des fibroblastes fœtaux transportant une mutation d’ADNmt (insertion de 66 pb) furent fusionnés avec des ovocytes receveurs transportant l’ADNmt du type sauvage. La présence d’ADNmt venant de la cellule donneuse a été analysée à différents stades de développement, soit sur des embryons âgés de 17 jours (n=17), des fœtus âgés de 40 jours (n=3), des fœtus âgés de 60 jours (n=3), un fœtus âgé de 240 jours et 3 clones post-nataux âgés de 18 à 24 mois. Chaque individu s’est avéré être hétéroplasmique et 99 % (103/104) des échantillons de tissus analysés étaient également hétéroplasmiques. Cependant, l’ovaire venant du fœtus de 240 jours fut le seul à être homoplasmique pour l’ADNmt de l’ovocyte receveur. Dans la plupart des échantillons analysés (95,2 %, soit 99/104) la moyenne d’hétéroplasmie était de 1,46 %. Par contre, un fœtus âgé de 40 jours a présenté un niveau élevé d’hétéroplasmie (20,9 %), indiquant ainsi que des évènements rares d’augmentation de l’ADNmt des cellules donneuses peuvent survenir. Étant donné que la majorité des clones SCNT montrait de l’hétéroplasmie de l’ADNmt à des proportions comparables à celles des cellules donneuses au moment de la reconstruction de l’embryon, on a pu conclure que l’hétéroplasmie produite par des techniques de transfert nucléaire utilisant des cellules somatiques est due à une ségrégation neutre de l’ADNmt. Dans la seconde série d’expériences sur des souris, des femelles de différents âges, c.à.d. jeunes (0 – 8 mois), moyennes (8 – 16 mois) et vieilles (16 – 24 mois), ont été synchronisées (gonadotrophines) et sacrifiées dans le but d’obtenir des ovocytes au stade de vésicule germinal, et des ovocytes au stade métaphase-II produits in vivo et in vitro. De plus, des embryons in vivo et in vitro au stade de deux-cellules et des embryons au stade de blastocystes ont été obtenus de femelles jeunes. Différents tissus somatiques, venant de femelles des trois stades d’âge ont été obtenus : cerveau, foie, muscle et du cumulus ovocytaire. De plus, l’effet du vieillissement a été mesuré selon la fertilité de la femelle. En effet, les effets sur l’hétéroplasmie du vieillissement, du stade de développement et de la culture in vitro ont été mesurés dans des ovocytes et dans des embryons. Les effets du vieillissement sur les mitochondries ont été mesurés par rapport au nombre total de copies de l’ADNmt, au pourcentage des délétions communes et sur l’expression de trois gènes : Ndufs4, Mt-nd2 and Mt-nd4. Il a été possible d’observer que la fertilité des femelles dans la colonie de souris diminuait avec l’âge. En fait, le vieillissement affectait l’ADNmt dans les tissus somatiques, cependant il n’avait pas d’effet sur le cumulus, les ovocytes et les embryons. Le nombre de délétions de l’ADNmt augmentait pendant la reprise de la méiose et celui-ci diminuait au début du développement embryonnaire. La culture in vitro n’affectait pas la quantité d’ADNmt dans la plupart des tissus germinaux. Puisque nous n’avons pas trouvé d’effet de l’âge dans la majorité des paramètres mitochondriaux analysés dans les ovocytes et les embryons, il est suggéré que la délétion commune de l’ADNmt dans les tissus germinaux est davantage reliée au statut cellulaire de la production d’énergie qu’au processus de vieillissement. Deux sources différentes de mutations de l’ADNmt produites dans les ovocytes normaux ou reconstitués ont produit différents résultats d’hétéroplasmie au début de l’embryogénèse. Chez les bovins, l’hétéroplasmie artificielle impliquant une petite insertion (66 pb) dans la région non codante (D-loop) de l’ADNmt a été vraisemblablement non nocive pour l’embryon, tolérant la persistance de l’ADNmt étranger pendant les différents stades du développement des clones. Chez les souris, l’hétéroplasmie naturelle produite par une grande délétion (4974 pb délétion commune) dans la région codante de l’ADNmt a été vraisemblablement nocive pour l’embryon et par conséquent éliminée pour assurer l’homoplasmie au début du développement embryonnaire.

Analyse génétique de la fonction du gène Polycomb Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris.

La rétine est constituée de plusieurs types de neurones incluant les cellules amacrines, ganglionnaires, bipolaires et les photorécepteurs. Les photorécepteurs, qui englobent les cônes et les bâtonnets, sont des neurones sensoriels hautement spécialisés qui permettent la conversion de la lumière en signaux électriques par le mécanisme de phototransduction. Les mécanismes moléculaires par lesquels les progéniteurs rétiniens (RPCs) se différencient en différents neurones spécialisés comme les photorécepteurs sont encore peu connus. Le gène Polycomb Bmi1 appartient à la famille des gènes Polycomb qui forment des complexes multimériques impliqués dans la répression de l’expression génique via le remodelage de la chromatine. Au niveau biologique, le gène Bmi1 régule, entre autre, le contrôle de la prolifération cellulaire, le métabolisme des radicaux libres, et la réparation de l’ADN. Récemment, il a été démontré que Bmi1 joue un rôle critique dans la prolifération et l’auto-renouvellement d’un groupe de RPCs immatures. De plus, Bmi1 est essentiel au développement post-natal de la rétine. L'objectif de cette étude est d'analyser le rôle de Bmi1 dans le développement et la survie des photorécepteurs chez la souris. Nos résultats révèlent un phénotype de dégénérescence des photorécepteurs de types cônes chez notre modèle de souris déficiente pour Bmi1. Les bâtonnets sont insensibles à la mutation. De plus, Bmi1 est exprimé de façon prédominante dans les cônes. Nos expériences de culture de cellules rétiniennes suggèrent que le phénotype est cellule-autonome. Par ailleurs, la co-délétion du gène Chk2, membre de la réponse aux dommages à l'ADN, permet de ralentir la progression du phénotype. Les rétines Bmi1-/- et Bmi1-/-Chk2-/- présentent une augmentation importante des dommages oxydatifs à l'ADN. Ces résultats suggèrent que le stress oxydatif pourrait jouer un rôle important dans la survie des cônes. L'étude du rôle du gène Polycomb Bmi1 dans les photorécepteurs est importante pour une meilleure compréhension des mécanismes contribuant à la survie des cônes et pourrait mener à la découverte de nouveaux traitements des maladies dégénératives des cônes.

Impact d’un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions sur le développement des interneurones corticaux : rôle de l’adenosine monophosphate-activated protein kinase (AMPK)

L’encéphalopathie hypoxique-­‐ischémique cause des milliers de victimes à travers le monde chaque année. Les enfants survivants à un épisode hypoxique-­‐ischémique sont à risque de développer des problèmes neurologiques incapacitants comme une paralysie cérébrale, un retard mental, une épilepsie ou des troubles d’ordre comportemental. Les modèles animaux ont amélioré nos connaissances sur les mécanismes sous-­‐jacents aux dommages cérébraux, mais elles sont encore trop incomplètes pour être capables de prévenir les problèmes neurologiques. Ce projet vise à comprendre l’impact d’un épisode asphyxique périnatale associé à des convulsions ainsi que l’activation de l’adenosine monophosphate-­‐activated protein kinase (AMPK) sur les circuits GABAergiques inhibiteurs en développement chez la souris. Dans le but d’investiguer le sort des neurones inhibiteurs, appelés interneurones, suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions avec des animaux transgéniques, nous avons pris avantage d’un nouveau modèle d’hypoxie permettant d’induire des convulsions chez la souris. Deux populations d’interneurones représentant ensemble environ 60% de tous les interneurones corticaux ont été étudiées, soit les cellules exprimant la parvalbumine (PV) et les cellules exprimant la somatostatine (SOM). L’étude stéréologique n’a montré aucune mort neuronale de ces deux populations d’interneurones dans l’hippocampe chez les souris hypoxique d’âge adulte. Par contre, le cortex des souris hypoxiques présentait des zones complètement ou fortement dépourvues de cellules PV alors que les cellules SOM n’étaient pas affectées. L’utilisation d’une lignée de souris transgénique exprimant une protéine verte fluorescente (GFP) dans les cellules PV nous a permis de comprendre que les trous PV sont le reflet de deux choses : 1) une diminution des cellules PV et 2) une immaturité des cellules PV restantes. Puisque les cellules PV sont spécifiquement affectées dans la première partie de notre étude, nous avons voulu étudier les mécanismes moléculaires sous-­‐jacents à cette vulnérabilité. L’AMPK est un senseur d’énergie qui orchestre le rétablissement des i niveaux d’énergie cellulaire dans le cas d’une déplétion énergétique en modulant des voies de signalisation impliquant la synthèse de protéines et l’excitabilité membranaire. Il est possible que l’activation d’AMPK suite à un épisode asphyxique périnatal associé à des convulsions soit néfaste à long-­‐terme pour le circuit GABAergique en développement et modifie l’établissement de l’innervation périsomatique d’une cellule PV sur les cellules pyramidales. Nous avons étudié cette hypothèse dans un modèle de culture organotypique en surexprimant la forme wild-­‐type (WT) de la sous-­‐unité α2 d’AMPK, ainsi qu’une forme mutée dominante négative (DN), dans des cellules PV individuelles. Nous avons montré que pendant la phase de formation synaptique (jours post-­‐natals équivalents EP 10-­‐18), la surexpression de la forme WT désorganise la stabilisation des synapses. De plus, l’abolition de l’activité d’AMPK semble augmenter le nombre de synapses périsomatiques faits par la cellule PV sur les cellules pyramidales pendant la phase de formation et semble avoir l’effet inverse pendant la phase de maturation (EP 16-­‐24). La neurotransmission GABAergique joue plusieurs rôles dans le cerveau, depuis la naissance jusqu’à l’âge adulte des interneurones, et une dysfonction des interneurones a été associée à plusieurs troubles neurologiques, comme la schizophrénie, l’autisme et l’épilepsie. La maturation des circuits GABAergiques se fait majoritairement pendant la période post-­‐natale et est hautement dépendante de l’activité neuronale et de l’expérience sensorielle. Nos résultats révèlent que le lourd fardeau en demande énergétique d’un épisode asphyxique périnatal peut causer une mort neuronale sélective des cellules PV et compromettre l’intégrité de leur maturation. Un des mécanismes sous-­‐ jacents possible à cette immaturité des cellules PV suite à l’épisode hypoxique est l’activation d’AMPK, en désorganisant leur profil d’innervation sur les cellules pyramidales. Nous pensons que ces changements dans le réseau GABAergique pourrait contribuer aux problèmes neurologiques associés à une insulte hypoxique.

Découverte de cellules souches potentielles de l’épithélium thymique

Le thymus subit un vieillissement précoce, appelé involution thymique, qui cause une perte de fonction du thymus avec l’âge. À ce jour, les mécanismes de renouvellement des cellules épithéliales thymiques (TECs) sont encore mal compris, c’est pourquoi nous avons voulu identifier les cellules souches de l’épithélium thymique. Comme les cellules souches sont quiescentes dans plusieurs tissus, les objectifs de notre étude étaient de déterminer si l’épithélium thymique contenait des cellules quiescentes et d’étudier la cinétique de prolifération des TECs chez les souris jeunes et adultes. Pour ce faire, nous avons utilisé une souris transgénique (H2B-GFP Tet-On) nous permettant d’identifier les cellules ne se divisant pas sur une longue période de temps (LRC, label-retaining cells¬). Nous avons d’abord montré que les TECs proliféraient plus rapidement chez les femelles que les mâles. De plus, nous avons trouvé plusieurs différences entre l’épithélium thymique post-natal et adulte : (1) les TECs corticales (cTECs) et médullaires (mTECs) ont un taux de prolifération similaire chez les jeunes souris, mais chez l’adulte, les cTECs prolifèrent plus lentement que les mTECs; (2) les TECs prolifèrent plus rapidement chez les souris jeunes que adultes; (3) des LRC sont détectées chez l’adulte, mais pas chez les jeunes souris. Les LRC, retrouvées dans le compartiment cTEC, sous-expriment des gènes associés à la sénescence et surexpriment des gènes importants pour le développement et le renouvellement des TECs. Ces résultats montrent que ces cellules sont quiescentes et suggèrent qu’elles pourraient bel et bien être les progéniteurs thymiques responsables du renouvellement des TECs adultes.

Rôles de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans l'angiogenèse, la perméabilité vasculaire et la progression tumorale

L’angiogenèse et l’augmentation de la perméabilité vasculaire sont des éléments clés pour la croissance et la progression tumorale. Par conséquent, de nombreux efforts sont déployés à comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la formation et le remodelage des vaisseaux sanguins de manière à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles. De cette optique, les travaux de cette thèse se sont concentrés sur la protéine tyrosine phosphatase DEP-1, initialement identifiée comme un régulateur négatif de la prolifération et de la phosphorylation du VEGFR2 lorsque fortement exprimée dans les cellules endothéliales. Toutefois, en utilisant une approche d’ARNi, il a été démontré que via sa capacité à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529), DEP-1 était également un régulateur positif de l’activation de Src dans les cellules endothéliales stimulées au VEGF. Puisque Src joue un rôle central dans la promotion de l’angiogenèse et la perméabilité vasculaire, nous avons en plus démontré que DEP-1 était un promoteur de ces fonctions in vitro et que la tyrosine phosphorylation de sa queue C-terminale, permettant l’interaction et l’activation de Src, était requise. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent dans un premier temps à partir d’une souris Dep1 KO, dont le développement ne présente aucun phénotype apparent, que la perte de l’expression de DEP-1 se traduit en une inhibition de l’activation de Src et de l’un de ses substrats, la VE-Cadherine, en réponse au VEGF chez la souris adulte. Nos résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle primordial de DEP-1 dans l’induction de la perméabilité vasculaire et de la formation de capillaires in vivo. Conséquemment, la croissance tumorale et la formation de métastases aux poumons sont réduites due à une inhibition de leur vascularisation ce qui se traduit par une diminution de la prolifération et une augmentation de l’apoptose des cellules cancéreuses. De façon intéressante, l’expression élevée de DEP-1 dans les vaisseaux sanguins tumoraux de patientes atteintes du cancer du sein corrèle avec une vascularisation accrue de la tumeur. En plus du rôle de DEP-1 dans la réponse angiogénqiue à l’âge adulte, nos travaux ont également démontré le rôle important de DEP-1 lors de la vascularisation de la rétine, un modèle in vivo d’angiogenèse développementale. Dans ce contexte, DEP-1 inhibe la prolifération des cellules endothéliales et limite leur bourgeonnement et la complexification du réseau vasculaire rétinien en permettant l’expression adéquate du Dll4, un régulateur crucial de l’organisation de la vascularisation développementale. Cette expression du Dll4 découlerait de la stabilisation de la β-caténine par l’inactivation de la GSK3β, un régulateur important de la dégradation de la β-caténine, en réponse au VEGF selon la voie de signalisation VEGFR2-Src-PI3K-Akt-GSK3β. Ainsi, ces travaux identifient DEP-1 comme un régulateur important de l’organisation vasculaire rétinienne. Les rôles positifs de DEP-1 dans les cellules endothéliales découlent principalement de sa capacité à lier et activer la kinase Src. En plus de contribuer à la réponse angiogénique, Src est également un oncogène bien caractérisé notamment pour sa contribution au programme invasif des cellules cancéreuses mammaires. Les travaux de cette thèse illustrent que DEP-1 est préférentiellement exprimée dans les cellules cancéreuses mammaires invasives et qu’il régule l’activation de Src, de voies de signalisation invasives et, par le fait même, de l’invasivité de ces cellules in vitro et in vivo. De façon intéressante, ces observations corrèlent avec des données cliniques où l’expression modérée de DEP-1 est associée à un mauvais pronostic de survie et de rechute. Ces résultats démontrent donc, pour la première fois, le rôle positif de DEP-1 dans l’activation de Src au niveau des cellules endothéliales et des cellules cancéreuses mammaires ce qui permet la régulation du bourgeonnement endothélial, de la perméabilité vasculaire, de l’angiogenèse normale et pathologique en plus de l’invasion tumorale.

Investigation du rôle de Myo9b dans la migration des interneurones GABAergiques corticaux

Les encéphalopathies épileptogènes sont des maladies graves de l’enfance associant une épilepsie, souvent réfractaire, et un retard de développement. Les mécanismes sous-tendant ces maladies sont peu connus. Cependant, nous postulons que ces épilepsies puissent être causées par une dysfonction du réseau inhibiteur. En effet, des défauts de migration ou de maturation des interneurones GABAergiques (INs) corticaux induisent l’épilepsie, tant chez l’humain que chez la souris. Dans le but d’étudier les causes génétiques des encéphalopathies épileptogènes sporadiques inexpliquées, le laboratoire de la Dre Rossignol a procédé au séquençage d’exome entier d’une cohorte d’enfants atteints. Cela a permis d’identifier, chez un patient, une nouvelle mutation de novo, possiblement pathogène, dans le gène MYO9b. MYO9b est impliqué dans la migration de cellules immunitaires et cancéreuses et est exprimée durant le développement cérébral. Nous émettons l’hypothèse voulant que MYO9b puisse être importante pour la migration des INs corticaux. Les résultats présentés dans ce mémoire démontrent que Myo9b est exprimé dès le stade embryonnaire par les progéniteurs des INs corticaux et que son expression se restreint aux INs dans le cortex mature. De plus, nous démontrons que la répression ex vivo de Myo9b sélectivement dans les INs au sein de tranches corticales organotypiques embryonnaires mène à des défauts morphologiques majeurs de ces cellules en migration. En effet, ces cellules présentent une morphologie multipolaire et des neurites rostraux plus longs et plus complexes. Ces changements morphologiques pourraient avoir un impact majeur sur la migration des INs et ainsi perturber le développement des réseaux inhibiteurs.

Oligofrenia mongoloide y sus posibilidades pedagógicas.

Estudiar para un acercamiento a la realidad de los niños que presentan síndrome de Down. El síndrome tiene unas características particulares tanto psíquicas como físicas junto con deficiencia mental, gracias a una buena educación desde edades tempranas consiguen adquirir cierta independencia y adaptación social. El presente trabajo se estructura en siete capítulos. En el primer capítulo se muestra la clasificación de las oligofrenias. En el capítulo segundo se explica su clasificación clínico-psicométrica, caso límite, oligofrénia leve, ligera, moderada, grave; junto con una clasificación adaptativa: oligofrénicos educables, adiestrables y no adiestrables. En el capítulo tercero se muestra la clasificación según su etiología, causas genéticas, oligofrenias exógenas. En el capítulo cuarto se desarrolla propiamente el síndrome de Down, ampliando la citogénesis del complejo, la trisomía 21 y mosaicismo de traslocación. Junto con factores endógenos y exógenos, explicación de las anomalias de la cara, cuello, extremidades y posibles malformaciones. También en este capítulo se explica el desarrollo mental, sistema nervioso central, respuestas sensitivas, inteligencia, personalidad. Ritmias y rasgos autistas en niños trisómicos. En el capítulo quinto se expone el tratamiento y terapeútica de los individuos con síndrome de Down. Diagnóstico, diagnóstico prenatal, post-natal, aplicaciones prácticas del diagnóstico y la estimulación precoz. Por último en el capítulo sexto se hace referencia a la integración social del sujeto con síndrome de Down, el medio familiar, los centros de educación especial, trabajos y talleres, junto con centros de aprendizaje y talleres protegidos. En el capítulo séptimo trabaja con el tratamiento escolar de los sujetos con síndrome de Down. 1) El tratamiento educativo de base sirve para la mejora de la estimulación precoz. Las posibilidades educativas aumentan junto con el desarrollo posterior. 2) El niño con síndrome de Down necesita ser aceptado y respetado, necesita tener la sensación de confianza y seguridad en si mismo. 3) El niño con Síndrome de Down tiene una necesidad de acción, de planear o realizar modificaciones en su ambiente. 4) El aprendizaje de las técnicas básicas culturales, escritura, lectura, cálculo, pueden resultar costosas, pero no se pueden eliminar de la enseñanza de una forma más o menos completa. 5) Estos niños tendrán que lograr la adquisición del mecanismo de la lectura y de su comprensión. 6) Conseguir una lectura expresiva. 7) Jamás se puede generalizar quedándose en la escala más baja de una pedagogía dirigida, sino que se debe estimular siempre las características individuales. 8) Será necesario trabajar con los niños con síndrome de Down, una enseñanza individualizada que permita a cada niño ser tratado de acuerdo con sus propias características personales. 9) Las tareas de las escuelas especiales según Bach: educación social, formulación práctica de la vida, rendimiento en el trabajo, educación en el carácter, adiestramiento de los sentimientos, educación gramatical, educación del entendimiento, educación en el amor y educación religiosa.

Over expression of Plk1 does not induce cell division in rat cardiac myocytes in vitro

BACKGROUND: Mammalian cardiac myocytes withdraw from the cell cycle during post-natal development, resulting in a non-proliferating, fully differentiated adult phenotype that is unable to repair damage to the myocardium, such as occurs following a myocardial infarction. We and others previously have shown that forced expression of certain cell cycle molecules in adult cardiac myocytes can promote cell cycle progression and division in these cells. The mitotic serine/threonine kinase, Polo-like kinase-1 (Plk1), is known to phosphorylate and activate a number of mitotic targets, including Cdc2/Cyclin B1, and to promote cell division. PRINCIPAL FINDINGS: The mammalian Plk family are all differentially regulated during the development of rat cardiac myocytes, with Plk1 showing the most dramatic decrease in both mRNA, protein and activity in the adult. We determined the potential of Plk1 to induce cell cycle progression and division in cultured rat cardiac myocytes. A persistent and progressive loss of Plk1 expression was observed during myocyte development that correlated with the withdrawal of adult rat cardiac myocytes from the cell cycle. Interestingly, when Plk1 was over-expressed in cardiac myocytes by adenovirus infection, it was not able to promote cell cycle progression, as determined by cell number and percent binucleation. CONCLUSIONS: We conclude that, in contrast to Cdc2/Cyclin B1 over-expression, the forced expression of Plk1 in adult cardiac myocytes is not sufficient to induce cell division and myocardial repair.

Nucleolin is regulated both at the level of transcription and translation

Nucleolin is a multi-functional protein that is located to the nucleolus. In tissue Culture cells, the stability of nucleolin is related to the proliferation status of the cell. During development, rat cardiomyocytes proliferate actively with increases in the mass of the heart being due to both hyperplasia and hypertrophy. The timing of this shift in the phenotype of the myocyte from one capable of undergoing hyperplasia to one that can grow only by hypertrophy occurs within 4 days of post-natal development. Thus, cardiomyocytes are an ideal model system in which to study the regulation of nucleolin during growth in vivo. Using Western blot and quantitative RT-PCR (TaqMan) we found that the amount of nucleolin is regulated both at the level of transcription and translation during the development of the cardiomyocyte. However, in cells which had exited the cell cycle and were subsequently given a hypertrophic stimulus, nucleolin was regulated post-transcriptionally. (c) 2005 Elsevier Inc. All rights reserved.

Inhibition of E2F abrogates the development of cardiac myocyte hypertrophy

Growth of the post- natal mammalian heart occurs primarily by cardiac myocyte hypertrophy. Previously, we and others have shown that a partial re- activation of the cell cycle machinery occurs in myocytes undergoing hypertrophy such that cells progress through the G(1)/ S transition. In this study, we have examined the regulation of the E2F family of transcription factors that are crucial for the G(1)/ S phase transition during normal cardiac development and the development of myocyte hypertrophy in the rat. Thus, mRNA and protein levels of E2F- 1, 3, and 4 and DP- 1 and DP- 2 were down- regulated during development to undetectable levels in adult myocytes. Interestingly, E2F- 5 protein levels were substantially up- regulated during development. In contrast, an induction of E2F- 1, 3, and 4 and the DP- 1 protein was observed during the development of myocyte hypertrophy in neonatal myocytes treated with serum or phenylephrine, whereas the protein levels of E2F- 5 were decreased with serum stimulation. E2F activity, as measured by a cyclin E promoter luciferase assay and E2F- DNA binding activity, increased significantly during the development of hypertrophy with serum and phenylephrine compared with non- stimulated cells. Inhibiting E2F activity with a specific peptide that blocks E2F- DP heterodimerization prevented the induction of hypertrophic markers ( atrial natriuretic factor and brain natriuretic peptide) in response to serum and phenylephrine, reduced the increase in myocyte size, and inhibited protein synthesis in stimulated cells. Thus, we have shown that the inhibition of E2F function prevents the development of hypertrophy. Targeting E2F function might be a useful approach for treating diseases that cause pathophysiological hypertrophic growth.

The effect of impaired thyroid function during development on the mechanical properties of avian bone

Thyroid hormones show fluctuating levels during the post-hatching development of birds. In this paper we report the results of the first mechanical tests to quantify the effect of hypothyroidism, during post-natal development, on the skeletal properties of a precocial bird, the barnacle goose, as determined by microhardness testing. The effect of hypothyroidism is tissue-specific; bone from the femora of birds is not significantly affected by induced hypothyroidism, however, there is a strong positive relationship between the levels of circulating thyroid hormones and the mechanical properties of bone from humeri. In the barnacle goose the development of the wing skeleton and musculature depends on an increase in circulating thyroid hormones and our analysis shows that, in its absence, the mechanical competence of the bone mineral itself is reduced in addition to the decreased bone length and muscle development previously reported in the literature. (C) 2004 Wiley-Liss, Inc.

Children's representation of family mealtime in the context of maternal eating disorders

Background Recent research provides evidence for specific disturbance in feeding and growth in children of mothers with eating disorders. Aim To investigate the impact of maternal eating disorders during the post-natal year on the internal world of children, as expressed in children's representations of self and their mother in pretend mealtime play at 5 years of age. Methods Children of mothers with eating disorders (n = 33) and a comparison group (n = 24) were videotaped enacting a family mealtime in pretend play. Specific classes of children's play representations were coded blind to group membership. Univariate analyses compared the groups on representations of mother and self. Logistic regression explored factors predicting pretend play representations. Results Positive representations of the mother expressed as feeding, eating or body shape themes were more frequent in the index group. There were no other significant group differences in representations. In a logistic regression analysis, current maternal eating psychopathology was the principal predictor of these positive maternal representations. Marital criticism was associated with negative representations of the mother. Conclusions These findings suggest that maternal eating disorders may influence the development of a child's internal world, such that they are more preoccupied with maternal eating concerns. However, more extensive research on larger samples is required to replicate these preliminary findings.

Differential changes in transforming growth factor β isoform expression during postnatal cardiac growth

Transforming growth factor-β (TGF-β) is synthesised as an inactive precursor protein; this is cleaved to produce the mature peptide and a latency associated protein (LAP), which remains associated with the mature peptide until activation by LAP degradation. Isoform specific antibodies raised against the LAPs for TGF-β2and -β3were used to determine the myocardial levels of LAP (activatable TGF-β) and full length precursor (inactive TGF-β) forms during post-natal development in the rat. TGF-β2was present predominantly as the precursor in 2 day old myocardium. There was an age-dependent shift from precursor protein to LAP between 2 and 28 days. A corresponding increase in the level of mature (activatable) TGF-β2was found. TGF-β3was detected in significant quantities only as LAP. However, a four-fold increase in the expression of TGF-β3LAP was observed between 2 and 28 days. The substantial increases in activatable forms of TGF-β2and -β3that occur in myocardium during the first 28 days of life in the rat support a role for these proteins in post-natal cardiac development.

Expression and activities of cyclins and cyclin-dependent kinases in developing rat ventricular myocytes

The molecular mechanisms responsible for the alterations in proliferative capacity of cardiac myocytes during development remain unknown; however, cell cycle dependent molecules may be involved. We have determined the expression of cyclins A, D1–3and E, and cyclin-dependent kinases (CDKs) 2, 4, 5 and 6 and cdc2 in freshly isolated rat cardiac myocytes from fetal (18 days gestation), neonatal (2 days post-natal) and adult animals by immunoblotting. Our results show a dramatic decrease in expression of these proteins during normal cardiac development, such that levels are highest in fetal myocytes but are significantly down-regulated in adult cells (P<0.05, in each case). We also have determined thein vitrokinase activities of cdc2, CDK2, CDK4, CDK5 and CDK6 immunocomplexes in fetal, neonatal and adult myocytes. There was a consistent and significant loss of cdc2, CDK2, CDK4 and CDK6 kinase activities in adult cardiac cell lysates (5.3-, 10.6-, 1.5- and 1.9-fold decreases, respectively) when compared to neonatal samples (P<0.05); CDK5 activity showed a similar trend but failed to reach significance. In conclusion, our results show that the expression and activities of various positive regulators of the cell cycle are down-regulated significantly during development of the cardiac myocyte, concomitant with the loss of proliferative capacity in adult myocytes. Down-regulation of these proteins may be pivotal in the withdrawal of the cardiac myocyte from the cell cycle.

Discovery of a mammalian splice variant of myostatin that stimulates myogenesis

Myostatin plays a fundamental role in regulating the size of skeletal muscles. To date, only a single myostatin gene and no splice variants have been identified in mammals. Here we describe the splicing of a cryptic intron that removes the coding sequence for the receptor binding moiety of sheep myostatin. The deduced polypeptide sequence of the myostatin splice variant (MSV) contains a 256 amino acid N-terminal domain, which is common to myostatin, and a unique C-terminus of 65 amino acids. Western immunoblotting demonstrated that MSV mRNA is translated into protein, which is present in skeletal muscles. To determine the biological role of MSV, we developed an MSV over-expressing C2C12 myoblast line and showed that it proliferated faster than that of the control line in association with an increased abundance of the CDK2/Cyclin E complex in the nucleus. Recombinant protein made for the novel C-terminus of MSV also stimulated myoblast proliferation and bound to myostatin with high affinity as determined by surface plasmon resonance assay. Therefore, we postulated that MSV functions as a binding protein and antagonist of myostatin. Consistent with our postulate, myostatin protein was co-immunoprecipitated from skeletal muscle extracts with an MSV-specific antibody. MSV over-expression in C2C12 myoblasts blocked myostatin-induced Smad2/3-dependent signaling, thereby confirming that MSV antagonizes the canonical myostatin pathway. Furthermore, MSV over expression increased the abundance of MyoD, Myogenin and MRF4 proteins (P,0.05), which indicates that MSV stimulates myogenesis through the induction of myogenic regulatory factors. To help elucidate a possible role in vivo, we observed that MSV protein was more abundant during early post-natal muscle development, while myostatin remained unchanged, which suggests that MSV may promote the growth of skeletal muscles. We conclude that MSV represents a unique example of intra-genic regulation in which a splice variant directly antagonizes the biological activity of the canonical gene product.