Immediate early gene expression in dog thyrocytes in response to growth, proliferation, and differentiation stimuli.

In dog thyroid cells, insulin or IGF-1 induces cell growth and is required for the mitogenic action of TSH through cyclic AMP, of EGF, and of phorbol esters. HGF per se stimulates cell proliferation and is thus the only full mitogenic agent. TSH and cAMP enhance, whereas EGF phorbol esters and HGF repress differentiation expression. In this study, we have investigated for each factor and regulatory cascade of the intermediate step of immediate early gene induction, that is, c-myc, c-jun, jun D, jun B, c-fos, fos B, fra-1, fra-2, and egr1; fra-1 and fra-2 expressions were very low. TSH or forskolin increased the levels of c-myc, jun B, jun D, c-fos, and fos B while decreasing those of c-jun and egr1. Phorbol myristate ester stimulated the expression of all the genes. EGF and HGF stimulated the expression of all the genes except jun D and for EGF fos B. All these effects were obtained in the presence and in the absence of insulin, which shows that insulin is not necessary for the effects of the mitogens on immediate early gene expression. The definition of the repertoire of early immediate genes inductible by the various growth cascades provides a framework for the analysis of gene expression in tumors. (1) Insulin was able to induce all the protooncogenes investigated except fos B. This suggests that fos B could be the factor missing for insulin to induce mitogenesis. (2) No characteristic pattern of immediate early gene expression has been observed for insulin, which induces cell hypertrophy and is permissive for the action of the other growth factors. These effects are therefore not accounted for by a specific immediate early gene expression. On the other hand, insulin clearly enhances the effects of TSH, phorbol ester, and EGF on c-myc, junB, and c-fos expression. This suggests that the effect of insulin on mitogenesis might result from quantitative differences in the transcription complexes formed. (3) c-myc, c-fos, and jun B mRNA induction by all stimulating agents, whether inducing cell hypertrophy, or growth and dedifferentiation, or growth and differentiation, suggests that, although these expressions are not sufficient, they may be necessary for the various growth responses of thyroid cells. (4) The inhibition of c-jun and egr1 mRNA expression, and the marked induction of jun D mRNA appear to be specific features of the TSH cAMP pathway. They might be related to its differentiating action. (5) fos B, which is induced by TSH, forskolin, phorbol ester, and HGF but not by insulin, could be involved in the mitogenic action of the former factors.

The Function of Intestinal Afferent Neurons in Regulating Satiety During Health and Obesity

Background and aim: Within the gastrointestinal tract, vagal afferents regulate satiety and food intake via chemical and mechanical mechanisms. Cysteinyl Leukotrienes (CysLTs) are lipid mediators that are believed to regulate food intake and body weight. However, the involvement of vagal afferents in this effect remains to be established. Conversely, Glucagon like peptide-1 (GLP-1) is a satiety and incretin peptide hormone. The effect of obesity on GLP-1 mediated gut-brain signaling has yet to be investigated. Since intestinal vagal afferents’ activity is reduced during obesity, it is intriguing to investigate their responses to GLP-1 in such conditions. Methods: Extracellular recordings were performed on intestinal afferents from normal C57Bl6, low fat fed (LFF), and high fat fed (HFF) mice. To examine the effect on neuronal calcium signaling, calcium-imaging experiments were performed on isolated nodose ganglion neurons. Food intake experiments were conducted using LFF and HFF mice. Oral glucose tolerance tests (OGTT) were carried out. Whole cell patch clamp recordings were performed on nodose ganglion neurons from A) normal C57Bl mice to test the effect of CysLTs on membrane excitability, B) LFF and HFF mice to examine GLP-1 effect on membrane excitability during obesity. c-Fos immunohistochemical techniques were performed to measure the level of neuronal activation in the brainstem of both LFF and HFF mice in response to Ex-4. Results: CysLTs increased intestinal afferent firing rate and mechanosensitivity. In single nodose neuron experiments, CysLTs increased excitability. The GLP-1 agonist Ex-4 significantly decreased food intake in LFF but not HFF mice. However, Ex-4 markedly attenuated the rise in blood glucose in both LFF and HFF mice. The observed increase in nerve firing and mechanosensitivity following the application of GLP-1 and Ex-4 was abolished in HFF mice. Cell membrane excitability was significantly increased by Ex-4 in nodose from LFF but not HFF mice. Ex-4 significantly increased the number of activated neurons in the NTS area of LFF mice but not in their HFF counterparts. Conclusion: The previous observations indicate that the role CysLTs play in regulating satiety is likely to be vagally mediated. Also that satiety, but not incretin, effects of GLP-1 are impaired during obesity.

Lacking cytokine production in ES cells and ES-cell-derived vascular cells stimulated by TNF-alpha is rescued by HDAC inhibitor trichostatin A

Inflammation and TNF-alpha signaling play a central role in most of the pathological conditions where cell transplantation could be applied. As shown by initial experiments, embryonic stem (ES) cells and ES-cell derived vascular cells express very low levels of TNF-alpha receptor I (TNFRp55) and thus do not induce cytokine expression in response to TNF-alpha stimulation. Transient transfection analysis of wild-type or deletion variants of the TNFRp55 gene promoter showed a strong activity for a 250-bp fragment in the upstream region of the gene. This activity was abolished by mutations targeting the Sp1/Sp3 or AP1 binding sites. Moreover, treatment with trichostatin A (TSA) led to a pronounced increase in TNFRp55 mRNA and promoter activity. Overexpression of Sp1 or c-fos further enhanced the TSA-induced luciferase activity, and this response was attenuated by Sp3 or c-jun coexpression. Additional experiments revealed that TSA did not affect the Sp1/Sp3 ratio but caused transcriptional activation of the c-fos gene. Thus, we provide the first evidence that ES and ES-cell-derived vascular cells lack cytokine expression in response to TNF-alpha stimulation due to low levels of c-fos and transcriptional activation of Sp1 that can be regulated by inhibition of histone deacetylase activity.

Descending pain modulation in a Kaolin-induced hydrocephalus rat model

Pain transmission at the spinal cord is modulated by descending actions that arise from supraspinal areas which collectively form the endogenous pain control system. Two key areas involved of the endogenous pain control system have a circunventricular location, namely the periaqueductal grey (PAG) and the locus coeruleus (LC). The PAG plays a crucial role in descending pain modulation as it conveys the input from higher brain centers to the spinal cord. As to the LC, it is involved in descending pain inhibition by direct noradrenergic projections to the spinal cord. In the context of neurological defects, several diseases may affect the structure and function of the brain. Hydrocephalus is a congenital or acquired disease characterized by an enlargement of the ventricles which leads to a distortion of the adjacent tissues, including the PAG and LC. Usually, patients suffering from hydrocephalus present dysfunctions in learning and memory and also motor deficits. It remains to be evaluated if lesions of the periventricular brain areas involved in pain control during hydrocephalus may affect descending pain control and, herein, affect pain responses. The studies included in the present thesis used an experimental model of hydrocephalus (the rat injected in the cisterna magna with kaolin) to study descending modulation of pain, focusing on the two circumventricular regions referred above (the PAG and the LC). In order to evaluate the effects of kaolin injection into the cisterna magna, we measured the degree of ventricular dilatation in sections encompassing the PAG by standard cytoarquitectonic stanings (thionin staining). For the LC, immunodetection of the noradrenaline-synthetizing enzyme tyrosine hydroxylase (TH) was performed, due to the noradrenergic nature of the LC neurons. In general, rats with kaolin-induced hydrocephalus presented a higher dilatation of the 4th ventricle, along with a tendency to a higher area of the PAG. Due to the validated role of detection the c-fos protooncogene as a marker of neuronal activation, we also studied neuronal activation in the several subnuclei which compose the PAG, namely the dorsomedial, dorsolateral, lateral and ventrolateral (VLPAG) parts. A decrease in the numbers of neurons immunoreactive for Fos protein (the product of activation of the c-fos protooncogene) was detected in rats injected with kaolin, whereas the remaining PAG subnuclei did not present changes in Fos-immunoreactive nuclei. Increases in the levels of TH in the LC, namely at the rostral parts of the nucleus, were detected in hydrocephalic animals. The following pain-related parameters were measured, namely 1) pain behavioural responses in a validated pain inflammatory test (the formalin test) and 2) the nociceptive activation of spinal cord neurons. A decrease in behavioral responses was detected in rats with kaolin-induced hydrocephalus was detected, namely in the second phase of the test (inflammatory phase). This is the phase of the formalin test in which the motor behaviour is less important, which is important since a semi-quantitative analysis of the motor performance of rats injected with kaolin indicates that these animals may present some motor impairments. Collectively, the results of the behavioral studies indicate that rats with kaolin-induced hydrocephalus exhibit hypoalgesia. A decrease in Fos expression was detected at the superficial dorsal layers of the spinal cord in rats with kaolin-induced hydrocephalus, further indicating that hydrocephalus decreases nociceptive responses. It remains to be ascertained if this is due to alterations in the PAG and LC in the rats with kaolin-induced hydrocephalus, which may affect descending pain modulation. It remains to be evaluated what are the mechanisms underlying the increased pain inhibition at the spinal dorsal horn in the hydrocephalus rats. Regarding the VLPAG, the decrease in neuronal activity may impair descending modulation. Since the LC has higher levels of TH in rats with kaolininduced hydrocephalus, which also appears to increase the noradrenergic innervation in the spinal dorsal horn, it is possible that an increase in the release of noradrenaline at the spinal cord accounts for pain inhibition. Our studies also determine the need to study in detail patients with hydrocephalus namely in what concerns their thresholds to pain and to perform imaging studies focused on the structure and function of pain control areas in the brain.

Activity of brainstem cholinergic neurons during 22 kHz ultrasonic vocalization in rats /

Adult rats emit 22 kHz ultrasonic alann calls in aversive situations. This type of call IS a component of defensive behaviour and it functions predominantly to warn conspecifics about predators. Production of these calls is dependent on the central cholinergic system. The laterodorsal tegmental nucleus (LDT) and pedunculopontine tegmental nucleus (PPT) contain largely cholinergic neurons, which create a continuous column in the brainstem. The LDT projects to structures in the forebrain, and it has been implicated in the initiation of 22 kHz alarm calls. It was hypothesized that release of acetylcholine from the ascending LDT terminals in mesencephalic and diencephalic areas initiates 22 kHz alarm vocalization. Therefore, the tegmental cholinergic neurons should be more active during emission of alarm calls. The aim of this study was to demonstrate increased activity of LDT cholinergic neurons during emission of 22 kHz calls induced by air puff stimuli. Immunohistochemical staining of the enzyme choline acetyltransferase identified cell bodies of cholinergic neurons, and c-Fos immunolabeling identified active cells. Double labeled cells were regarded as active cholinergic cells. There were significantly more (pc-Fos labeled cells in the LDT of vocalizing animals than in control (non-vocalizing air puffed and naIve non-airpuffed) animals. Although the numbers were low, there were also significantly more (p

Developmental differences in locomotor responsiveness to amphetamine in rats

The developmental remodelling of motivational systems that underlie drug dependence and addiction may account for the greater frequency and severity of drug abuse in adolescence compared to adulthood. Recent advances in animal models have begun to identify the morphological and the molecular factors that are being remodelled, but little is known about the culmination of these factors in altered sensitivity to psycho stimulant drugs, like amphetamine, in adolescence. Amphetamine induces potent locomotor activating effects in rodents through increased dopamine release in the mesocorticolimbic dopamine system, which makes locomotor activity a useful behavioural marker of age differences in amphetamine sensitivity. The aim of the thesis was to investigate the neural basis for age differences in amphetamine sensitivity with a focus on the nucleus accumbens and the medial prefrontal cortex, which initiate and regulate amphetamine-induced locomotor activity, respectively. In study 1, I found pre- and post- pubertal adolescent rats to be less active (i.e., hypoactive) than adults to a first injection of 0.5, but not of 1.5, mg/kg of intraperitonealy (i.p.) administered amphetamine. Although initially hypoactive, only adolescent rats exhibited an increase in activity to a second injection of amphetamine given 24 h later, indicating that adolescents may be more sensitive to the rapid changes in amphetamineinduced plasticity than adults. Given that the locomotor activating effects of amphetamine are initiated in the nucleus accumbens, age differences in response to direct injections of amphetamine into this brain region were investigated in study 2. In contrast to i.p. injections, adolescents were more active than adults when amphetamine was given directly into the nucleus accumbens, indicating that hypo activity may be attributed to the development of regulatory regions outside of the accumbens. The medial prefrontal cortex (mPFC) is a key regulator of the locomotor activating effects of amphetamine that undergoes extensive remodelling in adolescence. In study 3, I found that an i.p. injection of 1.5, and not of 0.5, mg/kg of amphetamine resulted in a high expression of c-fos, a marker of neural activation, in the pre limbic mPFC only in pre-pubertal adolescent rats. This finding suggests that the ability of adolescent rats to overcome hypo activity at the 1.5 mg/kg dose may involve greater activation of the prelimbic mPFC compared to adulthood. In support of this hypothesis, I found that pharmacological inhibition of prelimbic D 1 dopamine receptors disrupted the locomotor activating effects of the 1.5 mg/kg dose of amphetamine to a greater extent in adolescent than in adult rats. In addition, the stimulation of prelimbic D 1 dopamine receptors potentiated locomotor activity at the 0.5 mg/kg dose of amphetamine only in adolescent rats, indicating that the prelimbic D1 dopamine receptors are involved in overcoming locomotor hypoactivity during adolescence. Given my finding that the locomotor activating effects of amphetamine rely on slightly different mechanisms in adolescence than in adulthood, study 4 was designed to determine whether the lasting consequences of drug use would also differ with age. A short period of pre-treatment with 0.5 mg/kg of amphetamine in adolescence, but not in adulthood, resulted in heightened sensitivity to an injection of amphetamine given 30 days after the start of the procedure, when adolescent rats had reached adulthood. The finding of an age-specific increase in amphetamine sensitivity is consistent with evidence for increased risk for addiction when drug use is initiated in adolescence compared to adulthood in people (Merline et aI., 2002), and with the hypothesis that adolescence is a sensitive period of development.

Les effets d’un traitement chronique aux antipsychotiques sur la poursuite d’une récompense conditionnée

Les problèmes de toxicomanie sont très communs chez les schizophrènes. L’administration chronique d’antipsychotiques pourrait être impliquée dans cette cooccurrence en induisant une hypersensibilisation du système dopaminergique. Précédemment, nous avons démontré chez le rat qu’un traitement continu (via une mini-pompe osmotique sous-cutanée), et non pas intermittent (via des injections journalières sous-cutanées), avec l’halopéridol a augmenté la capacité de l’amphétamine à potentialiser un comportement de recherche de récompense. Dans cette étude, nous avons étudié les effets d’un antipsychotique atypique soit l’olanzapine comparé à l’halopéridol. Un traitement continu avec l’halopéridol, et non pas l’olanzapine, a augmenté la capacité de l’amphétamine de potentialiser la poursuite d’une récompense conditionnée (lumière/son préalablement associés à l’eau). De plus, un traitement continu avec l’halopéridol a augmenté l’induction par l’amphétamine de l’activité locomotrice et l’expression d’ARNm pour le c-fos (marqueur fonctionnel d’activité cellulaire) dans le caudé-putamen. Donc, un traitement continu avec un antipsychotique typique, et non pas atypique, a augmenté les caractéristiques motivationnelles attribuées à un stimulus neutre. Ceci est potentiellement lié à au développement d’un état de sensibilisation comportementale aux effets de l’amphétamine et à une augmentation de la capacité de l’amphétamine de susciter la modulation de l’activité du caudé-putamen. Ainsi, un antipsychotique typique tel que l’halopéridol semble modifier les circuits de la récompense de façon à contribuer à des comportements caractérisés par une recherche et une consommation de drogues d’abus alors qu’un antipsychotique atypique tel que l’olanzapine aurait moins tendance à le faire. Nous suggérons que les antipsychotiques atypiques pourraient être une meilleure option chez les patients schizophrènes à risque d’avoir un trouble de consommation de drogues d’abus ou de toxicomanie.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Effet de la transmission cholinergique sur la cartographie fonctionnelle du cortex visuel du rongeur

La transmission cholinergique, et notamment muscarinique, joue un rôle déterminant dans le système nerveux central au niveau de la modulation de la plasticité neuronale. La libération d'ACh dans le cortex visuel est concomitante à la présentation de stimuli visuels. Par son action sur la transmission neuronale corticale, l'ACh module à long terme les réponses à de nouveaux stimuli sensoriels. Dans la présente étude, l'implication du système cholinergique au niveau du développement cortical et de la plasticité inductible chez l'adulte a été étudiée par les techniques d'imagerie optique des signaux intrinsèques et d'immunohistochimie chez le rongeur. Ces deux techniques de cartographie de l'activité corticale nous ont permis d'évaluer, d'une part, l'impact modulatoire de l'acétylcholine (ACh) et de ses récepteurs muscariniques (mAChRs, M1 à M5) sur l'organisation fonctionnelle du cortex visuel chez des souris déficitaires pour les mAChRs et, d'autre part, l'impact de la libération d'ACh lors d'un entraînement visuel, sur le nombre, la nature neurochimique et la localisation au niveau des couches corticales des neurones corticaux activés. L'implication du système cholinergique sur la cartographie du cortex visuel primaire a été étudiée sur les souris génétiquement modifiées délétères (knock out : KO) pour différentes combinaisons de sous-types de mAChRs. L'imagerie des signaux intrinsèques, basée sur les changements de réflectance corticale de la lumière survenant lors de la consommation d'oxygène par les neurones activés, a permis de déterminer, lors de stimulations visuelles, les différentes composantes des propriétés des neurones du cortex visuel. La taille des champs récepteurs des neurones est diminuée lors de l'absence du récepteur M1 ou de la combinaison M1/M3. Le champ visuel apparent est augmenté chez les souris M2/M4-KO mais diminué chez les M1-KO. La finesse des connectivités neuronales (évaluée par la mesure du scatter du signal) est réduite lors de l'absence des récepteurs M2/M4. Finalement, chez les animaux M1/M3-KO, une diminution de l'acuité visuelle est observée. L'effet à long-terme d'un entraînement visuel couplé à une stimulation des neurones cholinergiques sur la distribution et la nature des neurones immunoréactifs au c-Fos, c'est-à-dire les neurones activés, a été évalué. Puisque cette stimulation combinée est en mesure de produire des modifications comportementales, notamment au niveau de l'acuité visuelle, il devenait intéressant de s'attarder aux modifications neuroanatomiques et de déterminer quels éléments de l'équilibre excitateur/inhibiteur sont compromis chez ces animaux. Les résultats obtenus démontrent que les animaux ayant reçu une combinaison de l'entraînement cholinergique et visuel présentent une augmentation du marquage c-Fos comparativement aux animaux n'ayant reçu que la stimulation cholinergique. D'autre part, chez ces animaux, il est possible d'observer des modifications de l'équilibre excitateur/inhibiteur qui correspond au potentiel plastique de la région. En conclusion, ces études démontrent un rôle important du système cholinergique dans le développement, la maturation et la plasticité du système visuel cérébral.

The regulatory roles of APE1 and Prdx1 interaction

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Differential induction of 12-O-tetradecanoylphorbol 13-acetate sequence gene expression in murine melanocytes and melanoma cells

We previously showed that growth of the nontumorigenic, immortal murine melanocyte line Mel-ab correlates with the depletion of protein kinase C (PKC), whereas quiescence is associated with elevated levels of this enzyme (Brooks G, et al., Cancer Res 51: 3281–3288, 1991). Here we report responses that occur in these cells downstream of PKC activation or downregulation. We examined induction of 12-O-tetradecanoylphorbol-13-acetate (TPA)-inducible sequence (TIS) gene expression in Mel-ab melanocytes and in their transformed counterparts, B16 melanoma cells. Exposure of quiescent Mel-ab cells to the PKC-activating phorbol esters TPA or sapintoxin A at 81 nM for 2 h increased levels of mRNA for six of seven TIS genes examined (twofold to 80-fold increase in steady-state RNA levels for TIS 1, 7, 8, 11, 21, and 28 (c-fos); TIS 10 expression was not affected). No induction of 115 gene expression was observed either in growing Mel-ab cells maintained in 324 nM phorbol 12,13-dibutyrate or in B16 cells previously unexposed to phorbol esters, in which normal PKC levels were endogenously depressed. The cAMP-elevating agents choleratoxin (10 nM) and dibutyryl cyclic AMP (2.5 mM) increased levels of TIS mRNA (with the exception of TIS 10) in both proliferating Mel-ab and B16 cells, suggesting that downregulation of the PKC pathway is specific and not a consequence of a general inhibition of all signalling pathways.

Regulation of expression of the rat orthologue of mouse double minute 2 (MDM2) by H2O2-induced oxidative stress in neonatal rat cardiac myocytes.

The Mdm2 ubiquitin ligase is an important regulator of p53 abundance and p53-dependent apoptosis. Mdm2 expression is frequently regulated by a p53 Mdm2 autoregulatory loop whereby p53 stimulates Mdm2 expression and hence its own degradation. Although extensively studied in cell lines, relatively little is known about Mdm2 expression in heart where oxidative stress (exacerbated during ischemia-reperfusion) is an important pro-apoptotic stimulus. We demonstrate that Mdm2 transcript and protein expression are induced by oxidative stress (0.2 mm H(2)O(2)) in neonatal rat cardiac myocytes. In other cells, constitutive Mdm2 expression is regulated by the P1 promoter (5' to exon 1), with inducible expression regulated by the P2 promoter (in intron 1). In myocytes, H(2)O(2) increased Mdm2 expression from the P2 promoter, which contains two p53-response elements (REs), one AP-1 RE, and two Ets REs. H(2)O(2) did not detectably increase expression of p53 mRNA or protein but did increase expression of several AP-1 transcription factors. H(2)O(2) increased binding of AP-1 proteins (c-Jun, JunB, JunD, c-Fos, FosB, and Fra-1) to an Mdm2 AP-1 oligodeoxynucleotide probe, and chromatin immunoprecipitation assays showed it increased binding of c-Jun or JunB to the P2 AP-1 RE. Finally, antisense oligonucleotide-mediated reduction of H(2)O(2)-induced Mdm2 expression increased caspase 3 activation. Thus, increased Mdm2 expression is associated with transactivation at the P2 AP-1 RE (rather than the p53 or Ets REs), and Mdm2 induction potentially represents a cardioprotective response to oxidative stress.

Transient receptor potential ion channels V4 and A1 contribute to pancreatitis pain in mice.

The mechanisms of pancreatic pain, a cardinal symptom of pancreatitis, are unknown. Proinflammatory agents that activate transient receptor potential (TRP) channels in nociceptive neurons can cause neurogenic inflammation and pain. We report a major role for TRPV4, which detects osmotic pressure and arachidonic acid metabolites, and TRPA1, which responds to 4-hydroxynonenal and cyclopentenone prostaglandins, in pancreatic inflammation and pain in mice. Immunoreactive TRPV4 and TRPA1 were detected in pancreatic nerve fibers and in dorsal root ganglia neurons innervating the pancreas, which were identified by retrograde tracing. Agonists of TRPV4 and TRPA1 increased intracellular Ca(2+) concentration ([Ca(2+)](i)) in these neurons in culture, and neurons also responded to the TRPV1 agonist capsaicin and are thus nociceptors. Intraductal injection of TRPV4 and TRPA1 agonists increased c-Fos expression in spinal neurons, indicative of nociceptor activation, and intraductal TRPA1 agonists also caused pancreatic inflammation. The effects of TRPV4 and TRPA1 agonists on [Ca(2+)](i), pain and inflammation were markedly diminished or abolished in trpv4 and trpa1 knockout mice. The secretagogue cerulein induced pancreatitis, c-Fos expression in spinal neurons, and pain behavior in wild-type mice. Deletion of trpv4 or trpa1 suppressed c-Fos expression and pain behavior, and deletion of trpa1 attenuated pancreatitis. Thus TRPV4 and TRPA1 contribute to pancreatic pain, and TRPA1 also mediates pancreatic inflammation. Our results provide new information about the contributions of TRPV4 and TRPA1 to inflammatory pain and suggest that channel antagonists are an effective therapy for pancreatitis, when multiple proinflammatory agents are generated that can activate and sensitize these channels.

Cox-dependent fatty acid metabolites cause pain through activation of the irritant receptor TRPA1.

Prostaglandins (PG) are known to induce pain perception indirectly by sensitizing nociceptors. Accordingly, the analgesic action of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) results from inhibition of cyclooxygenases and blockade of PG biosynthesis. Cyclopentenone PGs, 15-d-PGJ(2), PGA(2), and PGA(1), formed by dehydration of their respective parent PGs, PGD(2), PGE(2), and PGE(1), possess a highly reactive alpha,beta-unsaturated carbonyl group that has been proposed to gate the irritant transient receptor potential A1 (TRPA1) channel. Here, by using TRPA1 wild-type (TRPA1(+/+)) or deficient (TRPA1(-/-)) mice, we show that cyclopentenone PGs produce pain by direct stimulation of nociceptors via TRPA1 activation. Cyclopentenone PGs caused a robust calcium response in dorsal root ganglion (DRG) neurons of TRPA1(+/+), but not of TRPA1(-/-) mice, and a calcium-dependent release of sensory neuropeptides from the rat dorsal spinal cord. Intraplantar injection of cyclopentenone PGs stimulated c-fos expression in spinal neurons of the dorsal horn and evoked an instantaneous, robust, and transient nociceptive response in TRPA1(+/+) but not in TRPA1(-/-) mice. The classical proalgesic PG, PGE(2), caused a slight calcium response in DRG neurons, increased c-fos expression in spinal neurons, and induced a delayed and sustained nociceptive response in both TRPA1(+/+) and TRPA1(-/-) mice. These results expand the mechanism of NSAID analgesia from blockade of indirect nociceptor sensitization by classical PGs to inhibition of direct TRPA1-dependent nociceptor activation by cyclopentenone PGs. Thus, TRPA1 antagonism may contribute to suppress pain evoked by PG metabolites without the adverse effects of inhibiting cyclooxygenases.