Cardiovascular response to beta-adrenergic blockade or activation in 23 inbred mouse strains.

We report the characterisation of 27 cardiovascular-related traits in 23 inbred mouse strains. Mice were phenotyped either in response to chronic administration of a single dose of the beta-adrenergic receptor blocker atenolol or under a low and a high dose of the beta-agonist isoproterenol and compared to baseline condition. The robustness of our data is supported by high trait heritabilities (typically H(2)>0.7) and significant correlations of trait values measured in baseline condition with independent multistrain datasets of the Mouse Phenome Database. We then focused on the drug-, dose-, and strain-specific responses to beta-stimulation and beta-blockade of a selection of traits including heart rate, systolic blood pressure, cardiac weight indices, ECG parameters and body weight. Because of the wealth of data accumulated, we applied integrative analyses such as comprehensive bi-clustering to investigate the structure of the response across the different phenotypes, strains and experimental conditions. Information extracted from these analyses is discussed in terms of novelty and biological implications. For example, we observe that traits related to ventricular weight in most strains respond only to the high dose of isoproterenol, while heart rate and atrial weight are already affected by the low dose. Finally, we observe little concordance between strain similarity based on the phenotypes and genotypic relatedness computed from genomic SNP profiles. This indicates that cardiovascular phenotypes are unlikely to segregate according to global phylogeny, but rather be governed by smaller, local differences in the genetic architecture of the various strains.

Ectodysplasin A (EDA) - EDA receptor signalling and its pharmacological modulation.

The TNF family ligand ectodysplasin A (EDA) regulates the induction, morphogenesis and/or maintenance of skin-derived structures such as teeth, hair, sweat glands and several other glands. Deficiencies in the EDA - EDA receptor (EDAR) signalling pathway cause hypohidrotic ectodermal dysplasia (HED). This syndrome is characterized by the absence or malformation of several skin-derived appendages resulting in hypotrychosis, hypodontia, heat-intolerance, dry skin and dry eyes, susceptibility to airways infections and crusting of various secretions. The EDA-EDAR system is an important effector of canonical Wnt signalling in developing skin appendages. It functions by stimulating NF-κB-mediated transcription of effectors or inhibitors of the Wnt, Sonic hedgehog (SHH), fibroblast growth factor (FGF) and transforming growth factor beta (TGFβ) pathways that regulate interactions within or between epithelial and mesenchymal cells and tissues. In animal models of Eda-deficiency, soluble EDAR agonists can precisely correct clinically relevant symptoms with low side effects even at high agonist doses, indicating that efficient negative feedback signals occur in treated tissues. Hijacking of the placental antibody transport system can help deliver active molecules to developing foetuses in a timely manner. EDAR agonists may serve to treat certain forms of ectodermal dysplasia.

Alternative splicing of DNA polymerase beta in vertebrates

Alternative splicing (AS) is the predominant mechanism responsible for increasing eukaryotic transcriptome and proteome complexity. In this phenomenon, numerous mRNA transcripts are produced from a single pre-mRNA sequence. AS is reported to occur in 95% of human multi-exon genes; one specific gene that undergoes AS is DNA polymerase beta (POLB). POLB is the main DNA repair gene which performs short patch base excision repair (BER). In primate untransformed primary fibroblast cell lines, it was determined that the splice variant (SV) frequency of POLB correlates positively with species lifespan. To date, AS patterns of POLB have only been examined in mammals primarily through the use of cell lines. However, little attention has been devoted to investigating if such a relationship exists in non-mammals and whether cell lines reflect what is observed in vertebrate tissues. This idea was explored through cloning and characterization of 1,214 POLB transcripts from four non-mammalian species (Gallus gallus domesticus, Larus glaucescens, Xenopus laevis, and Pogona vitticeps) and two mammalian species (Sylvilagus floridanus and Homo sapiens) in two tissue types, liver and brain. POLB SV frequency occurred at low frequencies, < 3.2%, in non-mammalian tissues relative to mammalian (>20%). The highest POLB SV frequency was found in H. sapiens liver and brain tissues, occurring at 65.4% and 91.7%, respectively. Tissue specific AS of POLB was observed in L. glaucescens, P. vitticeps, and H. sapiens, but not G. gallus domesticus, X. laevis and S. floridanus.The AS patterns of a second gene, transient receptor potential cation channel subfamily V member 1 (TRPV1), were compared to those of POLB in liver and brain tissues of G. gallus domesticus, X. laevis and H. sapiens. This comparison was performed to investigate if any changes (either increase or decrease) observed in the AS of POLB were gene specific or if they were tissue specific, in which case similar changes in AS would be seen in POLB and TRPV1. Analysis did not reveal an increase or decrease in both the AS of POLB and TRPV1 in either the liver or brain tissues of G. gallus domesticus and H. sapiens. This result suggested that the AS patterns of POLB were not influenced by tissue specific rates of AS. Interestingly, an increase in the AS of both genes was only observed in X. laevis brain tissue. This result suggests that AS in general may be increased in the X. laevis brain as compared to liver tissue. No positive correlation between POLB SV frequency and species lifespan was found in non-mammalian tissues. The AS patterns of POLB in human primary untransformed fibroblast cell lines were representative of those seen in human liver tissue but not in brain tissue. Altogether, the AS patterns of POLB from vertebrate tissues and primate cell lines revealed a positive correlation between POLB SV frequency and lifespan in mammals, but not in non-mammals. It appears that this positive correlation does not exist in vertebrate species as a whole.

Requirements for the selective degradation of CD4 receptor molecules by the human immunodeficiency virus type 1 Vpu protein in the endoplasmic reticulum.

BACKGROUND: HIV-1 Vpu targets newly synthesized CD4 receptor for rapid degradation by a process reminiscent of endoplasmic reticulum (ER)-associated protein degradation (ERAD). Vpu is thought to act as an adaptor protein, connecting CD4 to the ubiquitin (Ub)-proteasome degradative system through an interaction with beta-TrCP, a component of the SCFbeta-TrCP E3 Ub ligase complex. RESULTS: Here, we provide direct evidence indicating that Vpu promotes trans-ubiquitination of CD4 through recruitment of SCFbeta-TrCP in human cells. To examine whether Ub conjugation occurs on the cytosolic tail of CD4, we substituted all four Ub acceptor lysine residues for arginines. Replacement of cytosolic lysine residues reduced but did not prevent Vpu-mediated CD4 degradation and ubiquitination, suggesting that Vpu-mediated CD4 degradation is not entirely dependent on the ubiquitination of cytosolic lysines and as such might also involve ubiquitination of other sites. Cell fractionation studies revealed that Vpu enhanced the levels of ubiquitinated forms of CD4 detected in association with not only the ER membrane but also the cytosol. Interestingly, significant amounts of membrane-associated ubiquitinated CD4 appeared to be fully dislocated since they could be recovered following sodium carbonate salt treatment. Finally, expression of a transdominant negative mutant of the AAA ATPase Cdc48/p97 involved in the extraction of ERAD substrates from the ER membrane inhibited Vpu-mediated CD4 degradation. CONCLUSION: Taken together, these results are consistent with a model whereby HIV-1 Vpu targets CD4 for degradation by an ERAD-like process involving most likely poly-ubiquitination of the CD4 cytosolic tail by SCFbeta-TrCP prior to dislocation of receptor molecules across the ER membrane by a process that depends on the AAA ATPase Cdc48/p97.

Estrogen withdrawal and liver fat accumulation : contribution of hepatic VLDL-TG production and effect of exercise training

L’accumulation de triglycérides (TG) dans les hépatocytes est caractéristique de la stéatose hépatique non-alcoolique (SHNA). Cette dernière se produit dans diverses conditions dont le facteur commun est le métabolisme anormal des lipides. Le processus conduisant à l'accumulation des lipides dans le foie n’a pas encore été totalement élucidé. Toutefois, des lipides s'accumulent dans le foie lorsque les mécanismes qui favorisent leur exportation (oxydation et sécrétion) sont insuffisants par rapport aux mécanismes qui favorisent leur importation ou leur biosynthèse. De nos jours il est admis que la carence en œstrogènes est associée au développement de la stéatose hépatique. Bien que les résultats des études récentes révèlent l'implication des hormones ovariennes dans l'accumulation de lipides dans le foie, les mécanismes qui sous-tendent ce phénomène doivent encore être étudiés. En conséquence, les trois études présentées dans cette thèse ont été menées sur des rates ovariectomizées (Ovx), comme modèle animal de femmes post-ménopausées, pour étudier les effets du retrait des œstrogènes sur le métabolisme des lipides dans le foie, en considérant l'entraînement physique comme étant un élément positif pouvant contrecarrer ces effets. Il a été démontré que l'entraînement physique peut réduire l'accumulation de graisses dans le foie chez les rates Ovx. Dans la première étude, nous avons montré que chez les rates Ovx nourries à la diète riche en lipides (HF), les contenus de TG hépatiques étaient élevées (P < 0.01) comparativement aux rates Sham, 5 semaines après la chirurgie. Le changement de la diète HF par la diète standard (SD) chez les rates Sham a diminué l’accumulation de lipides dans le foie. Toutefois, chez les rates Ovx, 8 semaines après le changement de la HF par la SD le niveau de TG dans le foie était maintenu aussi élevé que chez les rates nourries continuellement avec la diète HF. Lorsque les TG hépatiques mesurés à la 13e semaine ont été comparés aux valeurs correspondant au retrait initial de la diète HF effectué à la 5e semaine, les niveaux de TG hépatiques chez les animaux Ovx ont été maintenus, indépendamment du changement du régime alimentaire; tandis que chez les rats Sham le passage à la SD a réduit (P < 0.05) les TG dans le foie. Les mêmes comparaisons avec la concentration des TG plasmatiques ont révélé une relation inverse. Ces résultats suggèrent que la résorption des lipides au foie est contrée par l'absence des œstrogènes. Dans cette continuité, nous avons utilisé une approche physiologique dans notre seconde étude pour investiguer la façon dont la carence en œstrogènes entraîne l’accumulation de graisses dans le foie, en nous focalisant sur la voie de l'exportation des lipides du foie. Les résultats de cette étude ont révélé que le retrait des œstrogènes a entraîné une augmentation (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie en concomitance avec la baisse (P < 0.01) de production de VLDL-TG et une réduction l'ARNm et de la teneur en protéines microsomales de transfert des triglycérides (MTP). Tous ces effets ont été corrigés par la supplémentation en œstrogènes chez les rates Ovx. En outre, l'entraînement physique chez les rates Ovx a entraîné une réduction (P < 0.01) de l’accumulation de lipides dans le foie ainsi qu’une diminution (P < 0.01) de production de VLDL-TG accompagnée de celle de l'expression des gènes MTP et DGAT-2 (diacylglycérol acyltransférase-2). Des études récentes suggèrent que le peptide natriurétique auriculaire (ANP) devrait être au centre des intérêts des recherches sur les métabolismes énergétiques et lipidiques. Le ANP est relâché dans le plasma par les cellules cardiaques lorsque stimulée par l’oxytocine et exerce ses fonctions en se liant à son récepteur, le guanylyl cyclase-A (GC-A). En conséquence, dans la troisième étude, nous avons étudié les effets du blocage du système ocytocine-peptide natriurétique auriculaire (OT-ANP) en utilisant un antagoniste de l’ocytocine (OTA), sur l'expression des gènes guanylyl cyclase-A et certains marqueurs de l’inflammation dans le foie de rates Ovx. Nous avons observé une diminution (P < 0.05) de l’ARNm de la GC-A chez les rates Ovx et Sham sédentaires traitées avec l’OTA, tandis qu’une augmentation (P < 0.05) de l'expression de l’ARNm de la protéine C-réactive (CRP) hépatique a été notée chez ces animaux. L’exercice physique n'a apporté aucun changement sur l'expression hépatique de ces gènes que ce soit chez les rates Ovx ou Sham traitées avec l’OTA. En résumé, pour expliquer l’observation selon laquelle l’accumulation et la résorption de lipides dans le foie dépendent des mécanismes associés à des niveaux d’œstrogènes, nos résultats suggèrent que la diminution de production de VLDL-TG induite par une déficience en œstrogènes, pourrait être un des mecanismes responsables de l’accumulation de lipides dans le foie. L’exercice physique quant à lui diminue l'infiltration de lipides dans le foie ainsi que la production de VLDL-TG indépendamment des niveaux d'œstrogènes. En outre, l'expression des récepteurs de l’ANP a diminué par l'OTA chez les rates Ovx et Sham suggérant une action indirecte de l’ocytocine (OT) au niveau du foie indépendamment de la présence ou non des estrogènes. L’axe ocytocine-peptide natriurétique auriculaire, dans des conditions physiologiques normales, protègerait le foie contre l'inflammation à travers la modulation de l’expression de la GC-A.

L’œstrogène : un rôle potentiel dans la modulation de l’activation pro-inflammatoire des cellules endothéliales vasculaires par la voie du Toll-Like Receptor 2

Grâce aux nombreuses études sur le sujet, nous savons qu’une stimulation inflammatoire vasculaire excessive entraîne un débalancement des fonctions homéostatiques de l’endothélium. Ce débalancement est à l’origine d’une dysfonction endothéliale définie comme étant l’étape clé contribuant au développement de l’athérosclérose. Le Toll-like receptor-2 (TLR2) est impliqué dans l’activation cellulaire via la transcription des gènes liés à l’inflammation. Il reconnaît des molécules microbiennes mais également des facteurs endogènes non-infectieux tels que sécrétés par les tissus endommagés provenant de la dysfonction endothéliale. Ainsi, l’activation et la signalisation du TLR2 sont en étroite relation avec le développement de l’athérosclérose. Les études épidémiologiques ont confirmé le rôle athéroprotecteur de l’œstrogène via de nombreux mécanismes d’action. Ainsi, nous avons cherché à identifier de nouvelles cibles moléculaires permettant de mieux interpréter les bénéfices potentiels de l’œstrogène sur le système cardiaque. Pour la première fois chez les cellules endothéliales (CE) vasculaires de souris, nos travaux ont confirmé l’effet anti-inflammatoire de l’œstrogène via la diminution de l’expression et de l’activité du TLR2. Nous avons également déterminé l’influence de l’œstrogène sur le profil de la réponse inflammatoire de ce récepteur en mesurant les potentiels endothéliaux de migration et d’adhésion. De plus, nous avons caractérisé les voies de signalisation impliquées en démontrant l’influence négative de l’œstrogène sur la phosphorylation des kinases activées par le TLR2; illustrant l’interaction entre l’œstrogène et la signalisation de ce récepteur. Nos travaux amènent ainsi de nouvelles connaissances sur la régulation endothéliale du TLR2 et mettent en lumière les effets anti-inflammatoires et vasculaires rapides de l’œstrogène.

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

Functional Analysis of Nuclear beta-Adrenergic Receptors in the Myocardium

Récemment plusieurs récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) ont été caractérisés au niveau des membranes intracellulaires, dont la membrane nucléaire. Notre objectif était de déterminer si les sous-types de récepteurs β-adrénergiques (βAR) et leurs machineries de signalisation étaient fonctionnels et localisés à la membrane nucléaire des cardiomyocytes. Nous avons démontré la présence des β1AR et β3AR, mais pas du β2AR à la membrane nucléaire de myocytes ventriculaires adultes par immunobuvardage, par microscopie confocale, et par des essais fonctionnels. De plus, certains partenaires de signalisation comme les protéines GαS, Gαi, l’adénylate cyclase II, et V/VI y étaient également localisés. Les sous-types de βAR nucléaires étaient fonctionnels puisqu'ils pouvaient lier leurs ligands et activer leurs effecteurs. En utilisant des noyaux isolés, nous avons observé que l'agoniste non-sélectif isoprotérénol (ISO), et que le BRL37344, un ligand sélectif du β3AR, stimulaient l'initiation de la synthèse de l’ARN, contrairement à l'agoniste sélectif du β1AR, le xamotérol. Cette synthèse était abolie par la toxine pertussique (PTX). Cependant, la stimulation des récepteurs nucléaires de type B de l’endothéline (ETB) causaient une réduction de l'initiation de la synthèse d’ARN. Les voies de signalisations impliquées dans la régulation de la synthèse d’ARN par les RCPGs ont ensuite été étudiées en utilisant des noyaux isolés stimulés par des agonistes en présence ou absence de différents inhibiteurs des voies MAP Kinases (proteines kinases activées par mitogènes) et de la voie PI3K/PKB. Les protéines impliquées dans les voies de signalisation de p38, JNK, ERK MAP Kinase et PKB étaient présents dans les noyaux isolés. L'inhibition de PKB par la triciribine, inhibait la synthèse d’ARN. Nous avons ensuite pu mettre en évidence par qPCR que la stimulation par l’ISO entrainait une augmentation du niveau d'ARNr 18S ainsi qu’une diminution de l'expression d’ARNm de NFκB. En contraste, l’ET-1 n’avait aucun effet sur le niveau d’expression de l’ARNr 18S. Nous avons ensuite montré que la stimulation par l’ISO réduisait l’expression de plusieurs gènes impliqués dans l'activation de NFκB, tandis que l’inhibition de ERK1/2 et PKB renversait cet effet. Un microarray global nous a ensuite permis de démontrer que les βARs et les ETRs nucléaires régulaient un grand nombre de gènes distincts. Finalement, les βARs et ETRs nucléaires augmentaient aussi une production de NO de noyaux isolés, ce qui pouvait être inhibée par le LNAME. Ces résultats ont été confirmés dans des cardiomyocytes intacts en utilisant des analogues cagés et perméables d’ISO et de l'ET-1: l'augmentation de NO nucléaire détectée par DAF2-DA, causée par l'ET-1 et l'ISO, pouvait être prévenue par le LNAME. Finalement, l’augmentation de l’initiation de la transcription induite par l'ISO était aussi bloquée par le L-NAME ou par un inbitheur de PKG, le KT5823, suggérant que la voie NO-GC-PKG est impliquée dans la régulation de la transcription par les βAR. En conclusion, les βARs et les ETRs nucléaires utilisent des voies de signalisation différentes et exercent ainsi des effets distincts sur l’expression des gènes cardiaques. Ils représentent donc une avenue intéressante pour le développement de drogues pharmacologiques.

Increased Insulin Secretion by Muscarinic M1 and M3 Receptor Function from Rat Pancreatic Islets in vitro

Parasympathetic system plays an important role in insulin secretion from the pancreas. Cholinergic effect on pancreatic beta cells exerts primarily through muscarinic receptors. In the present study we investigated the specific role of muscarinic M1 and M3 receptors in glucose induced insulin secretion from rat pancreatic islets in vitro. The involvement of muscarinic receptors was studied using the antagonist atropine. The role of muscarinic MI and M3 receptor subtypes was studied using subtype specific antagonists. Acetylcholine agonist, carbachol, stimulated glucose induced insulin secretion at low concentrations (10-8-10-5 M) with a maximum stimulation at 10-7 M concentration. Carbachol-stimulated insulin secretion was inhibited by atropine confirming the role of muscarinic receptors in cholinergic induced insulin secretion. Both M1 and M3 receptor antagonists blocked insulin secretion induced by carbachol. The results show that M3 receptors are functionally more prominent at 20 mM glucose concentration when compared to MI receptors. Our studies suggest that muscarinic M1 and M3 receptors function differentially regulate glucose induced insulin secretion, which has clinical significance in glucose homeostasis.

Adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation during diabetogenesis: Effect of curcumin and vitamin D3 pre-treatment

In the present study, the initial phase was directed to confirm the effects of curcumin and vitamin D3 in preventing or delaying diabetes onset by studying the blood glucose and insulin levels in the pre-treated and diabetic groups. Behavioural studies were conducted to evaluate the cognitive and motor function in experimental rats. The major focus of the study was to understand the cellular and neuronal mechanisms that ensure the prophylactic capability of curcumin and vitamin D3. To elucidate the mechanisms involved in conferring the antidiabetogenesis effect, we examined the DNA and protein profiles using radioactive incorporation studies for DNA synthesis, DNA methylation and protein synthesis. Furthermore the gene expression studies of Akt-1, Pax, Pdx-1, Neuro D1, insulin like growth factor-1 and NF-κB were done to monitor pancreatic beta cell proliferation and differentiation. The antioxidant and antiapoptotic actions of curcumin and vitamin D3 were examined by studying the expression of antioxidant enzymes - SOD and GPx, and apoptotic mediators like Bax, caspase 3, caspase 8 and TNF-α. In order to understand the signalling pathways involved in curcumin and vitamin D3 action, the second messengers, cAMP, cGMP and IP3 were studied along with the expression of vitamin D receptor in the pancreas. The neuronal regulation of pancreatic beta cell maintenance, proliferation and insulin release was studied by assessing the adrenergic and muscarinic receptor functional regulation in the pancreas, brain stem, hippocampus and hypothalamus. The receptor number and binding affinity of total muscarinic, muscarinic M1, muscarinic M3, total adrenergic, α adrenergic and β adrenergic receptor subtypes were studied in pancreas, brain stem and hippocampus of experimental rats. The mRNA expression of muscarinic and adrenergic receptor subtypes were determined using Real Time PCR. Immunohistochemistry studies using confocal microscope were carried out to confirm receptor density and gene expression results. Cell signalling alterations in the pancreas and brain regions associated with diabetogenesis and antidiabetogenesis were assessed by examining the gene expression profiles of vitamin D receptor, CREB, phospholipase C, insulin receptor and GLUT. This study will establish the anti-diabetogenesis activity of curcumin and vitamin D3 pre-treatment and will attempt to understand the cellular, molecular and neuronal control mechanism in the onset of diabetes.Administration of MLD-STZ to curcumin and vitamin D3 pre-treated rats induced only an incidental prediabetic condition. Curcumin and vitamin D3 pretreated groups injected with MLD-STZ exhibited improved circulating insulin levels and behavioural responses when compared to MLD-STZ induced diabetic group. Activation of beta cell compensatory response induces an increase in pancreatic insulin output and beta cell mass expansion in the pre-treated group. Cell signalling proteins that regulate pancreatic beta cell survival, insulin release, proliferation and differentiation showed a significant increase in curcumin and vitamin D3 pre-treated rats. Marked decline in α2 adrenergic receptor function in pancreas helps to relent sympathetic inhibition of insulin release. Neuronal stimulation of hyperglycemia induced beta cell compensatory response is mediated by escalated signalling through β adrenergic, muscarinic M1 and M3 receptors. Pre-treatment mediated functional regulation of adrenergic and cholinergic receptors, key cell signalling proteins and second messengers improves pancreatic glucose sensing, insulin gene expression, insulin secretion, cell survival and beta cell mass expansion in pancreas. Curcumin and vitamin D3 pre-treatment induced modulation of adrenergic and cholinergic signalling in brain stem, hippocampus and hypothalamus promotes insulin secretion, beta cell compensatory response, insulin sensitivity and energy balance to resist diabetogenesis. Pre-treatment improved second messenger levels and the gene expression of intracellular signalling molecules in brain stem, hippocampus and hypothalamus, to retain a functional neuronal response to hyperglycemia. Curcumin and vitamin D3 protect pancreas and brain regions from oxidative stress by their indigenous antioxidant properties and by their ability to stimulate cellular free radical defence system. The present study demonstrates the role of adrenergic and muscarinic receptor subtypes functional regulation in curcumin and vitamin D3 mediated anti-diabetogenesis. This will have immense clinical significance in developing effective strategies to delay or prevent the onset of diabetes.

Gonadotrophins modulate hormone secretion and steady-state mRNA levels for activin receptors (type I, IIA, IIB) and inhibin co-receptor (betaglycan) in granulosa and theca cells from chicken prehierarchical and preovulatory follicles

Ovarian follicle development is regulated through endocrine and local mechanisms. Increasing evidence indicates roles for transforming growth factor beta superfamily members, including inhibins and activins. We recently identified divergent expression of mRNAs encoding activin receptors (ActR) and inhibin co-receptor betaglycan in chicken follicles at different stages of maturation. Here, we compare the actions of LH and FSH (0, 1, 10, 100 ng/ml) on levels of mRNA for ActRI, ActRIIA, ActRIIB and betaglycan in chicken granulosa and theca cells (GC and TC) from preovulatory (F1) and prehierarchical (6-8 mm) follicles. The expression of mRNAs for LH-R and FSH-R and production of inhibin A, oestradiol and progesterone were also quantified. FSH decreased ActRIIB and ActRI mRNA levels in 6-8 mm GC, whereas LH increased the mRNA levels. Both LH and FSH enhanced ActRIIA (5- and 8.5-fold) and betaglycan mRNA expression (2- and 3.5-fold) in 6-8 mm GC. In 6-8 mm TC, LH and FSH both increased the betaglycan mRNA level (7- and 3.5-fold respectively) but did not affect ActRI, ActRIIA and ActRIIB transcript levels. In F1 GC, both LH and FSH stimulated ActRI (2- and 2.4-fold), ActRIIB (3.2- and 2.7-fold) and betaglycan (7- and 4-fold) mRNA levels, while ActRIIA mRNA was unaffected. In F1 TC, LH and FSH reduced ActRIIA (35-50%) and increased (4.5- and 7.6-fold) betaglycan mRNA, but had no effect on ActRI and ActRIIB transcript levels. Results support the hypothesis that expression of ActR and betaglycan are differentially regulated by gonadotrophins during follicle maturation in the hen. This may represent an important mechanism for fine-tuning follicle responsiveness to local and systemic activins and inhibins.

Nongenomic signaling of the retinoid X receptor through binding and inhibiting Gq in human platelets

Retinoid X receptors (RXRs) are important transcriptional nuclear hormone receptors, acting as either homodimers or the binding partner for at least one fourth of all the known human nuclear receptors. Functional nongenomic effects of nuclear receptors are poorly understood; however, recently peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) gamma, PPAR beta, and the glucocorticoid receptor have all been found active in human platelets. Human platelets express RXR alpha, and RXR beta. RXR ligands inhibit platelet aggregation and TXA(2) release to ADP and the TXA(2) receptors, but only weakly to collagen. ADP and TXA(2) both signal via the G protein, Gq. RXR rapidly binds Gq but not Gi/z/o/t/gust in a ligand-dependent manner and inhibits Gq-induced Rac activation and intracellular calcium release. We propose that RXR ligands may have beneficial clinical actions through inhibition of platelet activation. Furthermore, our results demonstrate a novel nongenomic mode for nuclear receptor action and a functional cross-talk between G-protein and nuclear receptor signaling families. (C) 2007 by The American Society of Hematology.

Comparison of the global gene expression profiles produced by methylparaben, n-butylparaben and 17 beta-oestradiol in MCF7 human breast cancer cells

Since the alkyl esters of p-hydroxybenzoic acid (parabens) can be measured intact in the human breast and possess oestrogenic properties, it has been suggested that they could contribute to an aberrant burden of oestrogen signalling in the human breast and so play a role in the rising incidence of breast cancer. However, although parabens have been shown to regulate a few single genes (reporter genes, pS2, progesterone receptor) in a manner similar to that of 17 beta-oestradiol, the question remains as to the full extent of the similarity in the overall gene profile induced in response to parabens compared with 17 beta-oestradiol. The GE-Amersham CodeLink 20 K human expression microarray system was used to profile the expression of 19881 genes in MCF7 human breast cancer cells following a 7-day exposure to 5 x 10(-4) m methylparaben, 10(-5) m n-butylparaben and 10(-8) m 17 beta-oestradiol. At these concentrations, the parabens gave growth responses in MCF7 cells of similar magnitude to 17 beta-oestradiol. The study identified genes which are upregulated or downregulated to a similar extent by methylparaben, n-butylparaben and 17 beta-oestradiol. However, the majority of genes were not regulated in the same way by all three treatments. Some genes responded differently to parabens from 17 beta-oestradiol, and furthermore, differences in expression of some genes could be detected even between the two individual parabens. Therefore, although parabens possess oestrogenic properties, their mimicry in terms of global gene expression patterns is not perfect and differences in gene expression profiles could result in consequences to the cells that are not identical to those following exposure to 17 beta-oestradiol. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Differential expression of mRNAs encoding co-receptor (betaglycan) and activin type-I preovulatory and prehierarchical follicles of the putative inhibin and type-II receptors in the laying hen ovary

Ovarian follicle development is primarily regulated by an interplay between the pituitary gonadotrophins, LH and FSH, and ovary-derived steroids. Increasing evidence implicates regulatory roles of transforming growth factor-beta (TGF beta) superfamily members, including inhibins and activins. The aim of this study was to identify the expression of mRNAs encoding key receptors of the inhibin/activin system in ovarian follicles ranging from 4 mm in diameter to the dominant F1 follicle (similar to 40 turn). Ovaries were collected (n=16) from inid-sequence hens maintained on a long-day photoschedule (16h of light:8 h of darkness). All follicles removed were dissected into individual granulosa and thecal layers. RNA was extracted and cDNA synthesized. Real-time quantitative PCR was used to quantify the expression of niRNA encoding betaglycan, activin receptor (ActR) subtypes (type-I, -IIA and -IIB) and glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH); receptor expression data were normalized to GAPDH expression. Detectable levels of ActRI, -IIA and -IIB and the inhibin co-receptor (betaglycan) expression were found in all granulosa and thecal layers analysed. Granulosa ActRI mRNA peaked (P < 0(.)05) in 8-9(.)9 mm follicles, whereas ActRIIA rose significantly from 6-7(.)9 mm to 8-9(.)9 nun, before filling to F3/2; levels then rose sharply (3-fold) to F1 levels. Granulosa betaglycan niRNA expression rose 3-fold from 4-5(.)9 min to 8-9(.)9 mm, before falling 4-fold to F3/2; levels then rose sharply (4-fold) to F1 levels. ActRIIB levels did not vary significantly during follicular development. Thecal ActRI mRNA expression was similar from 4-7(.)9 mm then decreased significantly to a nadir at the F4 position, before increasing 2-fold to the F1 (P < 0(.)05). Although thecal ActRIIB and -IIA expression did not vary significantly from 4 nim to F3, ActRIIB expression increased significantly (2-fold) from F3 to F1 and ActIIA, increased 22-fold from F2 to F1 (P < 0(.)05). Thecal betaglycan fell to a nadir at F6 after follicle selection; levels then increased significantly to F2, before filling similar to 50% in the F I. In all follicles studied expression of betaglycan and ActRI (granulosa: 1-0(.)65, P < 0-001, n=144/group; theca: r=0(.)49, P < 0-001, n=144/group) was well correlated. No significant correlations were identified between betaglycan and ActRIIA or -IIB. Considering all follicles analysed, granulosa mRNA expression of betaglycan, ActRI ActRIIA and ActRIIB were all significantly lower than in corresponding thecal tissue (betaglycan, 11(.)4-fold; ActRIIB, 5(.)1-fold; ActR(.) 3-8-fold: ActRIIA, 2(.)8-fold). The co-localization of type-I and -II activin receptors and betaglycan on granulosa and thecal cells are consistent with a local auto/paracrine role of inhibins and activins in modulating ovarian follicle development, selection and progression in the domestic fowl.

Variation in pituitary expression of mRNAs encoding the putative inhibin co-receptor (betaglycan) and type-I and type-II activin receptors during the chicken ovulatory cycle

Secretion of LH and FSH from the anterior pituitary is regulated primarily by hypothalamic GnRH and ovarian steroid hormones. More recent evidence indicates regulatory roles for certain members of the transforming growth factor beta (TGF beta) superfamily including inhibin and activin. The aim of this study was to identify expression of mRNAs encoding key receptors and ligands of the inhibin/activin system in the hen pituitary gland and to monitor their expression throughout the 24-25-h ovulatory cycle. Hens maintained on long days (16 h light/8 h dark) were killed 20, 12, 6 and 2 h before predicted ovulation of a midsequence egg (n = 8 per group). Anterior pituitary glands were removed, RNA extracted and cDNA synthesized. Plasma concentrations of LH, FSH, progesterone and inhibin A were measured. Real-time quantitative PCR was used to quantify pituitary expression of mRNAs encoding betaglycan, activin receptor (ActR) subtypes (type I, IIA), GnRH receptor (GnP,H-R), LH beta subunit, FSH beta subunit and GAPDH. Levels of mRNA for inhibin/activin beta A and beta B subunits, inhibin alpha subunit, follistatin and ActRIIB mRNA in pituitary were undetectable by quantitative PCR (< 2 amol/reaction). Significant changes in expression (P < 0.05) of ActRIIA and betaglycan mRNA were found, both peaking 6 h before ovulation just prior to the preovulatory LH surge and reaching a nadir 2 h before ovulation, just after the LH surge. There were no significant changes in expression of ActRI mRNA throughout the cycle although values were correlated with mRNA levels for both ActRIIA (r=0.77; P < 0.001) and betaglycan (r=0.45; P < 0.01). Expression of GnRH-R mRNA was lowest 20 h before ovulation and highest (P < 0.05) 6 h before ovulation; values were weakly correlated with betaglycan (r=0.33; P=0.06) and ActRIIA (r=0.34; P=0.06) mRNA levels. Expression of mRNAs encoding LH beta and FSH beta subunit were both lowest (P < 0.05) after the LH surge, 2 h before ovulation. These results are consistent with an endocrine, but not a local intrapituitary, role of inhibin-related proteins in modulating gonadotroph function during the ovulatory cycle of the hen, potentially through interaction with betaglycan and ActRIIA. In contrast to mammals, intrapituitary expression of inhibin/activin subunits and follistatin appears to be extremely low or absent in the domestic fowl.