New insights into the role of microRNAs in pancreatic ß-cell maturation and plasticity

Le diabète est une maladie chronique caractérisée par une élévation du taux de sucre dans le sang aussi appelé « glycémie » reflétant un état pathologique. L'élévation de la glycémie au long cours a des répercussions délétères sur nombreux de nos tissus et organes d'où l'apparition de complications sévères chez les sujets diabétiques pouvant atteindre les yeux, les reins, le système nerveux, le système cardiovasculaire et les membres inférieurs. La carence en une hormone essentielle à notre organisme, l'insuline, est au coeur du développement de la maladie. L'insuline induit la captation du glucose circulant dans le sang en excès suite à une prise alimentaire riche en glucides et favorise son utilisation et éventuellement son stockage dans les tissus tels que le foie, le tissu adipeux et les muscles. Ainsi, l'insuline est vitale pour réguler et maintenir stable notre niveau de glycémie. Les cellules bêta du pancréas sont les seules entités de notre corps capables de produire de l'insuline et une perte de fonctionnalité associée à leur destruction ont été mises en cause dans le processus pathologique du diabète de type 2. Cependant la pleine fonctionnalité et la maturation des cellules bêta n'apparaissent qu'après la naissance lorsque le pancréas en développement a atteint sa masse adulte définitive. Enfin, une fois la masse des cellules bêta définitive établie, leur nombre et volume restent relativement constants au cours de la vie adulte chez un sujet sain. Néanmoins, au cours de périodes critiques les besoins en insuline sont augmentés tel qu'observé chez les femmes enceintes et les personnes obèses qui ont une perte de sensibilité à l'insuline qui se traduit par la nécessité de sécréter plus d'insuline afin de maintenir une glycémie normale. Dans l'hypothèse où la compensation n'a pas lieu ou n'est pas aboutie, le diabète se développe. Le processus de maturation postnatale ainsi que les événements compensatoires sont donc des étapes essentielles et de nombreuses questions sont encore non résolues concernant l'identification des mécanismes les régulant. Parmi les acteurs potentiels figurent de petites molécules d'ARN découvertes récemment appelées microARNs et qui ont été rapidement suggérées très prometteuses dans l'identification de nouvelles cibles thérapeutiques dans le cadre du diabète et d'autres pathologies. Les microARNs vont réguler l'expression de notre génome sans en modifier la séquence, phénomène également appelé épigénétique, ce qui résulte en des différences de comportement et de fonction cellulaires. Les microARNs sont donc susceptibles de jouer un rôle clé dans l'ensemble des processus biologiques et notre environnement associé à nos prédispositions génétiques peuvent grandement modifier leur niveau et donc leur action, qui à son tour se répercutera sur notre état physiologique. En effet nous avons identifié des changements de microARNs dans les cellules d'îlots pancréatiques de modèles animaux (rats et souris) associés à un état de résistance à l'insuline (grossesse et obésité). Par le biais d'expériences in vitro sur des cellules bêta extraites de rats et conservées en culture, nous avons pu analyser de plus près l'implication des microARNs dans la capacité des cellules bêta à sécréter de l'insuline mais aussi à se multiplier et à survivre au sein d'un environnement toxique. Ainsi, nous avons identifié des microARNs qui participent positivement à la compensation des cellules bêta, sous la direction d'hormones telles les estrogènes ou d'une hormone libérée par l'intestin au cours de la digestion (l'inerétine GLP1) et qui est largement utilisée comme agent thérapeutique dans la médication contre le diabète. Dans un second temps nous avons utilisé une stratégie similaire afin de déterminer le rôle de microARNs préalablement détectés comme étant changés au cours du développement postnatal des cellules bêta chez le rat. Cette étude a également mené à l'identification de microARNs participant à la maturation et à l'expansion de la masse des cellules bêta sous l'influence de la composition du régime alimentaire et des besoins en insuline adéquats qui en dépendent. Ces études apportent la vision de nouveaux mécanismes moléculaires impliquant les microARNs et démontrant leur importance pour le bon fonctionnement des cellules bêta et leur capacité d'adaptation à l'environnement. -- Les cellules bêta sont une composante des îlots pancréatiques de Langerhans et sont des cellules hautement différenciées qui ont l'unique capacité de sécréter de l'insuline sous l'influence des nutriments suite à une prise alimentaire. L'insuline facilite l'incorporation de glucose dans ses tissus cibles tels le foie, le tissu adipeux et les muscles. Bien que les besoins en insuline soient relativement constants au cours de la vie d'un individu sain, certaines conditions associées à un état de résistance à l'insuline, telles la grossesse ou l'obésité, requièrent une libération d'insuline majorée. En cas de résistance à l'insuline, une dysfonction des cellules bêta plus ou moins associée à leur mort cellulaire, conduisent à une sécrétion d'insuline insuffisante et au développement d'une hyperglycémie chronique, caractéristique du diabète de type 2. Jusqu'à présent, les mécanismes moléculaires sous- jacents à la compensation des cellules bêta ou encore menant à leur dysfonction restent peu connus. Découverts récemment, les petits ARNs non-codant appelés microARNs (miARNs), suscitent un intérêt grandissant de par leur potentiel thérapeutique pour la prise en charge et le traitement du diabète. Les miARNs sont de puissants régulateurs de l'expression génique qui lient directement le 3'UTR de leurs ARN messagers cibles afin d'inhiber leur traduction ou d'induire leur dégradation, ce qui leur permet de contrôler des fonctions biologiques multiples. Ainsi, nous avons pris pour hypothèse que les miARNs pourraient jouer un rôle essentiel en maintenant la fonction des cellules bêta et des processus compensatoires afin de prévenir le développement du diabète. Lors d'une première étude, une analyse transcriptomique a permis l'identification de miARNs différemment exprimés au sein d'îlots pancréatiques de rattes gestantes. Parmi eux, le miR-338-3p a démontré la capacité de promouvoir la prolifération et la survie des cellules bêta exposées à des acides gras saturés et des cytokines pro-inflammatoires, sans altérer leur propriété sécrétrice d'insuline. Nous avons également identifié deux hormones reconnues pour leurs propriétés bénéfiques pour la physiologie de la cellule bêta, l'estradiol et l'incrétine GLP1, qui régulent les niveaux du miR-338-3p. Ce miARN intègre parfaitement les voies de signalisation de ces deux hormones dépendantes de l'AMP cyclique, afin de contrôler l'expression de nombreux gènes conduisant à son action biologique. Dans un projet ultérieur, notre objectif était de déterminer la contribution de miARNs dans l'acquisition de l'identité fonctionnelle des cellules bêta en période postnatale. En effet, directement après la naissance les cellules bêta sont reconnues pour être encore immatures et incapables de sécréter de l'insuline spécifiquement en réponse à l'élévation de la glycémie. Au contraire, la réponse insulinique induite par les acides aminés ainsi que la biosynthèse d'insuline sont déjà fonctionnelles. Nos recherches ont permis de montrer que les changements de miARNs corrélés avec l'apparition du phénotype sécrétoire en réponse au glucose, sont régis par la composition nutritionnelle du régime alimentaire et des besoins en insuline qui en découlent. En parallèle, le taux de prolifération des cellules bêta est considérablement réduit. Les miARNs que nous avons étudiés coordonnent des changements d'expression de gènes clés impliqués dans l'acquisition de propriétés vitales de la cellule bêta et dans la maintenancé de son identité propre. Enfin, ces études ont permis de clairement démontrer l'importance des miARNs dans la régulation de la fonction des cellules bêta pancréatiques. -- Beta-cells are highly differentiated cells localized in the pancreatic islets and are characterized by the unique property of secreting insulin in response to nutrient stimulation after meal intake. Insulin is then in charge of facilitating glucose uptake by insulin target tissues such as liver, adipose tissue and muscles. Despite insulin needs stay more or less constant throughout life of healthy individuals, there are circumstances such as during pregnancy or obesity which are associated to insulin resistance, where insulin needs are increased. In this context, defects in beta-cell function, sometimes associated with beta-cell loss, may result in the release of inappropriate amounts of insulin leading to chronic hyperglycemia, properly defined as type 2 diabetes mellitus. So far, the mechanisms underlying beta- cell compensation as well as beta-cell failure remain to be established. The recently discovered small non-coding RNAs called microRNAs (miRNAs) are emerging as interesting therapeutic targets and are bringing new hope for the treatment of diabetes. miRNAs display a massive potential in regulating gene expression by directly binding to the 3'UTR of messenger RNAs and by inhibiting their translation and/or stability, enabling them to modify a wide range of biological functions. In view of this, we hypothesized that miRNAs may play an essential role in preserving the functional beta-cell mass and permitting to fight against beta-cell exhaustion and decompensation that can lead to diabetes development. In a first study, global profiling in pancreatic islets of pregnant rats, a model of insulin resistance, led to the identification of a set of differentially expressed miRNAs. Among them, miR-338- 3p was found to promote beta-cell proliferation and survival upon exposure of islet cells to pro- apoptotic stimuli such as saturated fatty acids or pro-inflammatory cytokines, without impairment in their capacity to release insulin. We also discovered that miR-338-3p changes are driven by two hormones, the estradiol and the incretin GLP1, both well known for their beneficial impact on beta- cell physiology. Consistently, we found that miR-338-3p integrates the cAMP-dependent signaling pathways regulated by these two hormones in order to control the expression of numerous genes and execute its biological functions. In a second project, we aimed at determining whether miRNAs contribute to the acquisition of beta-cell identity. Indeed, we confirmed that right after birth beta-cells are still immature and are unable to secrete insulin specifically in response to elevated concentrations of glucose. In contrast, amino acid-stimulated insulin release as well as insulin biosynthesis are already fully functional. In parallel, newborn beta-cells are proliferating intensively within the expanding pancreas. Interestingly, we demonstrated that the miRNA changes and the subsequent acquisition of glucose responsiveness is influenced by the diet composition and the resulting insulin needs. At the same time, beta-cell proliferation declines. The miRNAs that we have identified orchestrate expression changes of essential genes involved in the acquisition of specific beta-cell properties and in the maintenance of a mature beta-cell identity. Altogether, these studies clearly demonstrate that miRNAs play important roles in the regulation of beta-cell function.

Where sound position influences sound object representations: a 7-T fMRI study.

Evidence from human and non-human primate studies supports a dual-pathway model of audition, with partially segregated cortical networks for sound recognition and sound localisation, referred to as the What and Where processing streams. In normal subjects, these two networks overlap partially on the supra-temporal plane, suggesting that some early-stage auditory areas are involved in processing of either auditory feature alone or of both. Using high-resolution 7-T fMRI we have investigated the influence of positional information on sound object representations by comparing activation patterns to environmental sounds lateralised to the right or left ear. While unilaterally presented sounds induced bilateral activation, small clusters in specific non-primary auditory areas were significantly more activated by contra-laterally presented stimuli. Comparison of these data with histologically identified non-primary auditory areas suggests that the coding of sound objects within early-stage auditory areas lateral and posterior to primary auditory cortex AI is modulated by the position of the sound, while that within anterior areas is not.

Decoding stimulus-related information from single-trial EEG responses based on voltage topographies

Neuroimaging studies typically compare experimental conditions using average brain responses, thereby overlooking the stimulus-related information conveyed by distributed spatio-temporal patterns of single-trial responses. Here, we take advantage of this rich information at a single-trial level to decode stimulus-related signals in two event-related potential (ERP) studies. Our method models the statistical distribution of the voltage topographies with a Gaussian Mixture Model (GMM), which reduces the dataset to a number of representative voltage topographies. The degree of presence of these topographies across trials at specific latencies is then used to classify experimental conditions. We tested the algorithm using a cross-validation procedure in two independent EEG datasets. In the first ERP study, we classified left- versus right-hemifield checkerboard stimuli for upper and lower visual hemifields. In a second ERP study, when functional differences cannot be assumed, we classified initial versus repeated presentations of visual objects. With minimal a priori information, the GMM model provides neurophysiologically interpretable features - vis à vis voltage topographies - as well as dynamic information about brain function. This method can in principle be applied to any ERP dataset testing the functional relevance of specific time periods for stimulus processing, the predictability of subject's behavior and cognitive states, and the discrimination between healthy and clinical populations.

Multisensory Integration and Perceptual Enhancement

We perceive our environment through multiple sensory channels. Nonetheless, research has traditionally focused on the investigation of sensory processing within single modalities. Thus, investigating how our brain integrates multisensory information is of crucial importance for understanding how organisms cope with a constantly changing and dynamic environment. During my thesis I have investigated how multisensory events impact our perception and brain responses, either when auditory-visual stimuli were presented simultaneously or how multisensory events at one point in time impact later unisensory processing. In "Looming signals reveal synergistic principles of multisensory integration" (Cappe, Thelen et al., 2012) we investigated the neuronal substrates involved in motion detection in depth under multisensory vs. unisensory conditions. We have shown that congruent auditory-visual looming (i.e. approaching) signals are preferentially integrated by the brain. Further, we show that early effects under these conditions are relevant for behavior, effectively speeding up responses to these combined stimulus presentations. In "Electrical neuroimaging of memory discrimination based on single-trial multisensory learning" (Thelen et al., 2012), we investigated the behavioral impact of single encounters with meaningless auditory-visual object parings upon subsequent visual object recognition. In addition to showing that these encounters lead to impaired recognition accuracy upon repeated visual presentations, we have shown that the brain discriminates images as soon as ~100ms post-stimulus onset according to the initial encounter context. In "Single-trial multisensory memories affect later visual and auditory object recognition" (Thelen et al., in review) we have addressed whether auditory object recognition is affected by single-trial multisensory memories, and whether recognition accuracy of sounds was similarly affected by the initial encounter context as visual objects. We found that this is in fact the case. We propose that a common underlying brain network is differentially involved during encoding and retrieval of images and sounds based on our behavioral findings. - Nous percevons l'environnement qui nous entoure à l'aide de plusieurs organes sensoriels. Antérieurement, la recherche sur la perception s'est focalisée sur l'étude des systèmes sensoriels indépendamment les uns des autres. Cependant, l'étude des processus cérébraux qui soutiennent l'intégration de l'information multisensorielle est d'une importance cruciale pour comprendre comment notre cerveau travail en réponse à un monde dynamique en perpétuel changement. Pendant ma thèse, j'ai ainsi étudié comment des événements multisensoriels impactent notre perception immédiate et/ou ultérieure et comment ils sont traités par notre cerveau. Dans l'étude " Looming signals reveal synergistic principles of multisensory integration" (Cappe, Thelen et al., 2012), nous nous sommes intéressés aux processus neuronaux impliqués dans la détection de mouvements à l'aide de l'utilisation de stimuli audio-visuels seuls ou combinés. Nos résultats ont montré que notre cerveau intègre de manière préférentielle des stimuli audio-visuels combinés s'approchant de l'observateur. De plus, nous avons montré que des effets précoces, observés au niveau de la réponse cérébrale, influencent notre comportement, en accélérant la détection de ces stimuli. Dans l'étude "Electrical neuroimaging of memory discrimination based on single-trial multisensory learning" (Thelen et al., 2012), nous nous sommes intéressés à l'impact qu'a la présentation d'un stimulus audio-visuel sur l'exactitude de reconnaissance d'une image. Nous avons étudié comment la présentation d'une combinaison audio-visuelle sans signification, impacte, au niveau comportementale et cérébral, sur la reconnaissance ultérieure de l'image. Les résultats ont montré que l'exactitude de la reconnaissance d'images, présentées dans le passé, avec un son sans signification, est inférieure à celle obtenue dans le cas d'images présentées seules. De plus, notre cerveau différencie ces deux types de stimuli très tôt dans le traitement d'images. Dans l'étude "Single-trial multisensory memories affect later visual and auditory object recognition" (Thelen et al., in review), nous nous sommes posés la question si l'exactitude de ia reconnaissance de sons était affectée de manière semblable par la présentation d'événements multisensoriels passés. Ceci a été vérifié par nos résultats. Nous avons proposé que cette similitude puisse être expliquée par le recrutement différentiel d'un réseau neuronal commun.

Inflammatory caspases in innate immunity and inflammation.

Caspases are best known for their role in apoptosis. More recently, they have gained prominence as critical mediators of innate immune responses. The so-called 'inflammatory caspases' include human caspase-1, -4, -5 and -12 and murine caspase-1, -11 and -12. Of these, caspase-1 is best characterized and serves as the prototype for our understanding of the processing, activation and function of inflammatory caspases. Like their apoptotic counterparts, inflammatory caspases are produced as inactive zymogens and require activation to become proteolytically active. Caspase-1 is activated within the inflammasome, a large cytosolic protein complex that is induced by a growing number of endogenous, microbial, chemical or environmental stimuli. The importance of caspase-1 in initiating innate immune responses is demonstrated by its role in cleaving pro-IL-1 beta and pro-IL-18 to their biologically active forms. New functions have also been implicated, as these proteases and the mechanisms underlying their activation and regulation emerge as important mediators of human health and disease.

Brain dynamics underlying training-induced improvement in suppressing inappropriate action.

Inhibitory control, a core component of executive functions, refers to our ability to suppress intended or ongoing cognitive or motor processes. Mostly based on Go/NoGo paradigms, a considerable amount of literature reports that inhibitory control of responses to "NoGo" stimuli is mediated by top-down mechanisms manifesting ∼200 ms after stimulus onset within frontoparietal networks. However, whether inhibitory functions in humans can be trained and the supporting neurophysiological mechanisms remain unresolved. We addressed these issues by contrasting auditory evoked potentials (AEPs) to left-lateralized "Go" and right NoGo stimuli recorded at the beginning versus the end of 30 min of active auditory spatial Go/NoGo training, as well as during passive listening of the same stimuli before versus after the training session, generating two separate 2 × 2 within-subject designs. Training improved Go/NoGo proficiency. Response times to Go stimuli decreased. During active training, AEPs to NoGo, but not Go, stimuli modulated topographically with training 61-104 ms after stimulus onset, indicative of changes in the underlying brain network. Source estimations revealed that this modulation followed from decreased activity within left parietal cortices, which in turn predicted the extent of behavioral improvement. During passive listening, in contrast, effects were limited to topographic modulations of AEPs in response to Go stimuli over the 31-81 ms interval, mediated by decreased right anterior temporoparietal activity. We discuss our results in terms of the development of an automatic and bottom-up form of inhibitory control with training and a differential effect of Go/NoGo training during active executive control versus passive listening conditions.

Acetylcholine-induced vasodilation and reactive hyperemia are not affected by acute cyclo-oxygenase inhibition in human skin

Résumé Il est actuellement reconnu que l'endothélium vasculaire joue un rôle primordial dans la genèse des maladies cardiovasculaires, notamment l'artériosclérose. Dès lors, il est important de pouvoir investiguer la fonction endothéliale en clinique. Pour ce faire, il est particulièrement simple d'examiner la microcirculation cutanée, car celle-ci est très simplement accessible, de manière non-invasive, par fluxmétrie laser-Doppler. Pratiquement, on mesure l'augmentation du flux sanguin dermique en réponse à des stimuli connus pour agir via l'endothélium vasculaire. Les stimuli endothélium-dépendants les plus courants sont l'interruption temporaire du flux sanguin qui est suivie d'une hyperémie réactive, et l'administration transcutanée d'acétylcholine (Ach) par iontophorèse. La iontophorèse consiste à obtenir le transfert d' une substance ionisée, telle l'Ach, par l'application d'un courant électrique de polarité appropriée. L'objectif du présent travail était de déterminer le rôle des prostaglandines dans ces réponse vasodilatatrices dépendante de l'endothélium, rôle actuellement peu clair. 23 jeunes hommes volontaires non fumeurs et en bonne santé habituelle ont été examinés lors de deux visites séparées par 1 à 3 semaines. Lors de chaque visite, l'hyperémie réactive et la réponse vasodilatatrice à l'Ach ont été déterminées dans la peau de l'avant bras après administration soit d'un placebo, soit d'un inhibiteur de la cyclooxygénase (COX, enzyme qui contrôle la synthèse des prostaglandines). Chez certains sujets, l'inhibiteur était de l'acétylsalicylate de lysine (900 mg par voie intraveineuse). Chez d'autres sujets, il s'agissait d'indométhacine. (75 mg par voie orale). Comme la stimulation nociceptive liée au courant iontophorétique peut influencer la réponse à l'Ach, celle-ci a été déterminée en présence et en l'absence d'anesthésie de surface (crème de lidocaine). La réponse à l'Ach a été obtenue pour 4 doses différentes de cet agent (exprimées sous la forme de la densité de charge iontophorétique appliquée : 0.28, 1.4, 7, et 14 millicoulombs par cm2 de peau exposée). Le flux sanguin dermique était mesuré par imagerie laser-Doppler, une variante de la fluxmétrie laser-Doppler classique permettant l'exploration d'une surface de peau de taille arbitraire. Quelle que soit la condition testée, nous n'avons jamais observé la moindre influence de l'inhibition de la COX sur l'hyperémie réactive, ni sur la réponse à l'Ach. Cette dernière était augmentée significativement par l'anesthésie cutanée, que les sujets aient reçu ou non de l'acétylsalicylate de lysine ou de l'indométhacine . Par exemple, la réponses moyenne (±SD) à la plus haute dose d'Ach (testée sur 6 sujets, et exprimée en unités de perfusion, comme il est d'usage en fluxmétrie laser-Doppler ) était la suivante : en l'absence d'anesthésie : acétylsalicylate de lysine 339 ± 105, placebo 344 ± 68 ; avec l'anesthésie : acétylsalicylate de lysine 453 ± 76 , placebo 452 ± 65 (p * 0.001 pour les effets de l'anesthésie). En conclusion, nos résultats infirment une contribution des prostaglandines à l'hyperémie réactive ou à la vasodilatation induite par l'acétylcholine dans la microcirculation cutanée. Dans ce lit vasculaire, l'anesthésie locale accroît la vasodilatation induite par l'acétylcholine par un mécanisme indépendant des prostaglandines.

Spatio-temporal Brain Dynamics Mediating Post-error Behavioral Adjustments.

Optimal behavior relies on flexible adaptation to environmental requirements, notably based on the detection of errors. The impact of error detection on subsequent behavior typically manifests as a slowing down of RTs following errors. Precisely how errors impact the processing of subsequent stimuli and in turn shape behavior remains unresolved. To address these questions, we used an auditory spatial go/no-go task where continual feedback informed participants of whether they were too slow. We contrasted auditory-evoked potentials to left-lateralized go and right no-go stimuli as a function of performance on the preceding go stimuli, generating a 2 × 2 design with "preceding performance" (fast hit [FH], slow hit [SH]) and stimulus type (go, no-go) as within-subject factors. SH trials yielded SH trials on the following trials more often than did FHs, supporting our assumption that SHs engaged effects similar to errors. Electrophysiologically, auditory-evoked potentials modulated topographically as a function of preceding performance 80-110 msec poststimulus onset and then as a function of stimulus type at 110-140 msec, indicative of changes in the underlying brain networks. Source estimations revealed a stronger activity of prefrontal regions to stimuli after successful than error trials, followed by a stronger response of parietal areas to the no-go than go stimuli. We interpret these results in terms of a shift from a fast automatic to a slow controlled form of inhibitory control induced by the detection of errors, manifesting during low-level integration of task-relevant features of subsequent stimuli, which in turn influences response speed.

Activation of Srk1 by the Mitogen-activated Protein Kinase Sty1/Spc1 Precedes Its Dissociation from the Kinase and Signals Its Degradation

Control of cell cycle progression by stress-activated protein kinases (SAPKs) is essential for cell adaptation to extracellular stimuli. The Schizosaccharomyces pombe SAPK Sty1/Spc1 orchestrates general changes in gene expression in response to diverse forms of cytotoxic stress. Here we show that Sty1/Spc1 is bound to its target, the Srk1 kinase, when the signaling pathway is inactive. In response to stress, Sty1/Spc1 phosphorylates Srk1 at threonine 463 of the regulatory domain, inducing both activation of Srk1 kinase, which negatively regulates cell cycle progression by inhibiting Cdc25, and dissociation of Srk1 from the SAPK, which leads to Srk1 degradation by the proteasome.

Identification of novel and cell type enriched cofactors of the transcription activation domain of RelA (p65 NF-kappaB).

RelA (NF-kappaB) is a transcription factor inducible by distinct stimuli in many different cell types. To find new cell type specific cofactors of NF-kappaB dependent transcription, we isolated RelA transcription activation domain binding proteins from the nuclear extracts of three different cell types. Analysis by electrophoresis and liquid chromatography tandem mass spectrometry identified several novel putative molecular partners. Some were strongly enriched in the complex formed from the nuclear extracts of specific cell types.

A cnidarian homologue of an insect gustatory receptor functions in developmental body patterning.

Insect gustatory and odorant receptors (GRs and ORs) form a superfamily of novel transmembrane proteins, which are expressed in chemosensory neurons that detect environmental stimuli. Here we identify homologues of GRs (Gustatory receptor-like (Grl) genes) in genomes across Protostomia, Deuterostomia and non-Bilateria. Surprisingly, two Grls in the cnidarian Nematostella vectensis, NvecGrl1 and NvecGrl2, are expressed early in development, in the blastula and gastrula, but not at later stages when a putative chemosensory organ forms. NvecGrl1 transcripts are detected around the aboral pole, considered the equivalent to the head-forming region of Bilateria. Morpholino-mediated knockdown of NvecGrl1 causes developmental patterning defects of this region, leading to animals lacking the apical sensory organ. A deuterostome Grl from the sea urchin Strongylocentrotus purpuratus displays similar patterns of developmental expression. These results reveal an early evolutionary origin of the insect chemosensory receptor family and raise the possibility that their ancestral role was in embryonic development.

Cardiac raptor ablation impairs adaptive hypertrophy, alters metabolic gene expression, and causes heart failure in mice.

Background- Cardiac hypertrophy involves growth responses to a variety of stimuli triggered by increased workload. It is an independent risk factor for heart failure and sudden death. Mammalian target of rapamycin (mTOR) plays a key role in cellular growth responses by integrating growth factor and energy status signals. It is found in 2 structurally and functionally distinct multiprotein complexes called mTOR complex (mTORC) 1 and mTORC2. The role of each of these branches of mTOR signaling in the adult heart is currently unknown. Methods and Results- We generated mice with deficient myocardial mTORC1 activity by targeted ablation of raptor, which encodes an essential component of mTORC1, during adulthood. At 3 weeks after the deletion, atrial and brain natriuretic peptides and β-myosin heavy chain were strongly induced, multiple genes involved in the regulation of energy metabolism were altered, but cardiac function was normal. Function deteriorated rapidly afterward, resulting in dilated cardiomyopathy and high mortality within 6 weeks. Aortic banding-induced pathological overload resulted in severe dilated cardiomyopathy already at 1 week without a prior phase of adaptive hypertrophy. The mechanism involved a lack of adaptive cardiomyocyte growth via blunted protein synthesis capacity, as supported by reduced phosphorylation of ribosomal S6 kinase 1 and 4E-binding protein 1. In addition, reduced mitochondrial content, a shift in metabolic substrate use, and increased apoptosis and autophagy were observed. Conclusions- Our results demonstrate an essential function for mTORC1 in the heart under physiological and pathological conditions and are relevant for the understanding of disease states in which the insulin/insulin-like growth factor signaling axis is affected such as diabetes mellitus and heart failure or after cancer therapy.

Mechanical properties of cultured human airway smooth muscle cells from 0.05 to 0.4 Hz.

We investigated the rheological properties of living human airway smooth muscle cells in culture and monitored the changes in rheological properties induced by exogenous stimuli. We oscillated small magnetic microbeads bound specifically to integrin receptors and computed the storage modulus (G') and loss modulus (G") from the applied torque and the resulting rotational motion of the beads as determined from their remanent magnetic field. Under baseline conditions, G' increased weakly with frequency, whereas G" was independent of the frequency. The cell was predominantly elastic, with the ratio of G" to G' (defined as eta) being ~0.35 at all frequencies. G' and G" increased together after contractile activation and decreased together after deactivation, whereas eta remained unaltered in each case. Thus elastic and dissipative stresses were coupled during changes in contractile activation. G' and G" decreased with disruption of the actin fibers by cytochalasin D, but eta increased. These results imply that the mechanisms for frictional energy loss and elastic energy storage in the living cell are coupled and reside within the cytoskeleton.

Glibenclamide enhances neurogenesis and improves long-term functional recovery after transient focal cerebral ischemia

Glibenclamide is neuroprotective against cerebral ischemia in rats. We studied whether glibenclamide enhances long-term brain repair and improves behavioral recovery after stroke. Adult male Wistar rats were subjected to transient middle cerebral artery occlusion (MCAO) for 90 minutes. A low dose of glibenclamide (total 0.6mg) was administered intravenously 6, 12, and 24 hours after reperfusion. We assessed behavioral outcome during a 30-day follow-up and animals were perfused for histological evaluation. In vitro specific binding of glibenclamide to microglia increased after pro-inflammatory stimuli. In vivo glibenclamide was associated with increased migration of doublecortin-positive cells in the striatum toward the ischemic lesion 72 hours after MCAO, and reactive microglia expressed sulfonylurea receptor 1 (SUR1) and Kir6.2 in the medial striatum. One month after MCAO, glibenclamide was also associated with increased number of NeuN-positive and 5-bromo-2-deoxyuridine-positive neurons in the cortex and hippocampus, and enhanced angiogenesis in the hippocampus. Consequently, glibenclamide-treated MCAO rats showed improved performance in the limb-placing test on postoperative days 22 to 29, and in the cylinder and water-maze test on postoperative day 29. Therefore, acute blockade of SUR1 by glibenclamide enhanced long-term brain repair in MCAO rats, which was associated with improved behavioral outcome.

Metabolic control in cancer cells.

An important hallmark of cancer cells is a profound change in metabolism. Indeed, most tumor cells are characterized by higher rates of glycolysis, lactate production, and biosynthesis of lipids and other macromolecules. Our group, among others, has previously demonstrated a close relationship between metabolic responses and proliferative stimuli, showing that cell cycle regulators have a major role in the control of metabolism. Changes in this coordinated response might lead to abnormal metabolic changes during tumor development and cancer progression. In this paper we review the dual role of cell cycle regulators in the control of both proliferation and metabolism in normal and in cancer cells. We show participation of the E2F1-CDK4 axis in the modulation of oxidative metabolism, in the positive regulation of lipid synthesis, and the regulation glycolysis. These three metabolic pathways are, interestingly fundamental in providing synthetic processes, energy production and cell signaling events, which are crucial factors for cancer cell survival.