Effects of caffeine on energy metabolism, heart rate, and methylxanthine metabolism in lean and obese women.

The magnitude of coffee-induced thermogenesis and the influence of coffee ingestion on substrate oxidation were investigated in 10 lean and 10 obese women, over two 24-h periods in a respiratory chamber. On one occasion the subjects consumed caffeinated coffee and on the other occasion, decaffeinated coffee. The magnitude of thermogenesis was smaller in obese (4.9 +/- 2.0%) than in lean subjects (7.6 +/- 1.3%). The thermogeneic response to caffeine was prolonged during the night in lean women only. The coffee-induced stimulation of energy expenditure was mediated by a concomitant increase in lipid and carbohydrate oxidation. During the next day, in postabsorptive basal conditions, the thermogenic effect of coffee had vanished, but a significant increase in lipid oxidation was observed in both groups. The magnitude of this effect was, however, blunted in obese women (lipid oxidation increased by 29 and 10% in lean and obese women, respectively). Caffeine increased urinary epinephrine excretion. Whereas urinary caffeine excretion was similar in both groups, obese women excreted more theobromine, theophylline, and paraxanthine than lean women. Despite the high levels of urinary methylxanthine excretion, thermogenesis and lipid oxidation were less stimulated in obese than in lean subjects.

Assessment of total energy expenditure in free-living patients with cystic fibrosis.

The increase in resting energy expenditure (REE) reported in patients with cystic fibrosis (CF) does not necessarily imply an increase in total energy expenditure (TEE). In this study REE was assessed with open-circuit indirect calorimetry, and free-living 24-hour TEE with the heart rate method. Thirteen patients with CF, aged 8 to 24 years, with adequate nutritional status and moderately decreased pulmonary function, were studied. They were compared with 13 healthy control subjects matched for gender, age, height, and nutritional status. Resting energy expenditure was higher in patients with CF (1512 +/- 88 kcal/day) than in control subjects (1339 +/- 76 kcal/day; p less than 0.01), whereas free-living 24-hour TEE (2345 +/- 127 kcal/day and 2358 +/- 256 kcal/day, respectively) and net mechanical work efficiency of walking on a treadmill (20.4 +/- 0.7% and 19.8 +/- 0.6%, respectively) were similar. Respiratory quotient was higher in patients with CF than in control subjects at rest (0.834 +/- 0.009 vs 0.797 +/- 0.008; p less than 0.05), and tended to remain so during physical exercise, indicating a higher contribution of carbohydrate oxidation to energy expenditure. We conclude that in free living conditions, patients with CF can compensate for their increase in REE by a reduction in spontaneous physical activities or other yet undefined mechanisms.

Funcions de les molècules associades a la mielina i la proteïna priònica cel•lular (PrPc) en neurodegeneració (Malaltia d’Alzheimer) i neuroinflamació (Esclerosi Múltiple)

Les proteïnes associades a la mielina (MAIS), Nogo-A, MAG i OMgp, són molècules que presenten una capacitat inhibitòria molt important per el recreixement axonal i la neuroreparació després de lesió. No obstant des de fa anys les seves funcions han estat ampliades i s’han involucrat en diferents processos degeneratius del sistema nerviós o en processos neuroinflamatoris del sistema nerviós central i el perifèric com ara l'Escleresi Múltiple (MS). La base neurobiològica d’indicadors moleculars que són responsables del dany axonal en MS segueixen sense estar plenament descrits. Recentment s’ha publicat que el mecanisme de senyalització Nogo-A pot regir els primers canvis de la desmielinització immunomediada del sistema nerviós central en el model animal de MS, l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE). De la mateixa forma la proteïna priònica cel•lular és una proteïna que s’ha associat majoritàriament a malalties espongiformes, però que recentment s’ha vinculat (no sense controvèrsia) amb la seva possible relació amb la Malaltia d'Alzheimer (AD), ja que seria capaç de reclutar els oligòmers d’Aβ (ADDLs), els quals correlacionen millor amb el grau de demència, i amb els que interacciona directament, actuant així com un possible mediador de la fosforilació de tau en la malaltia. No obstant, les funcions de les MAIS i de la PrPc en aquests models de la malaltia no estan clarament definits i, per altra banda, es desconeixen els mecanismes de senyalització implicats, no descartant de forma clara el component neural i l’immune.

Glutamatergic regulation of mitochondrial ion dynamics in astrocytes

Résumé grand public :Le cerveau se compose de cellules nerveuses appelées neurones et de cellules gliales dont font partie les astrocytes. Les neurones communiquent entre eux par signaux électriques et en libérant des molécules de signalisation comme le glutamate. Les astrocytes ont eux pour charge de capter le glucose depuis le sang circulant dans les vaisseaux sanguins, de le transformer et de le transmettre aux neurones pour qu'ils puissent l'utiliser comme source d'énergie. L'astrocyte peut ensuite utiliser ce glucose de deux façons différentes pour produire de l'énergie : la première s'opère dans des structures appelées mitochondries qui sont capables de produire plus de trente molécules riches en énergie (ATP) à partir d'une seule molécule de glucose ; la seconde possibilité appelée glycolyse peut produire deux molécules d'ATP et un dérivé du glucose appelé lactate. Une théorie couramment débattue propose que lorsque les astrocytes capturent le glutamate libéré par les neurones, ils libèrent en réponse du lactate qui servirait de base énergétique aux neurones. Cependant, ce mécanisme n'envisage pas une augmentation de l'activité des mitochondries des astrocytes, ce qui serait pourtant bien plus efficace pour produire de l'énergie.En utilisant la microscopie par fluorescence, nous avons pu mesurer les changements de concentrations ioniques dans les mitochondries d'astrocytes soumis à une stimulation glutamatergique. Nous avons démontré que les mitochondries des astrocytes manifestent des augmentations spontanées et transitoires de leur concentrations ioniques, dont la fréquence était diminuée au cours d'une stimulation avec du glutamate. Nous avons ensuite montré que la capture de glutamate augmentait la concentration en sodium et acidifiait les mitochondries des astrocytes. En approfondissant ces mécanismes, plusieurs éléments ont suggéré que l'acidification induite diminuerait le potentiel de synthèse d'énergie d'origine mitochondriale et la consommation d'oxygène dans les astrocytes. En résumé, l'ensemble de ces travaux suggère que la signalisation neuronale impliquant le glutamate dicte aux astrocytes de sacrifier temporairement l'efficacité de leur métabolisme énergétique, en diminuant l'activité de leurs mitochondries, afin d'augmenter la disponibilité des ressources énergétiques utiles aux neurones.Résumé :La remarquable efficacité du cerveau à compiler et propager des informations coûte au corps humain 20% de son budget énergétique total. Par conséquent, les mécanismes cellulaires responsables du métabolisme énergétique cérébral se sont adéquatement développés pour répondre aux besoins énergétiques du cerveau. Les dernières découvertes en neuroénergétique tendent à démontrer que le site principal de consommation d'énergie dans le cerveau est situé dans les processus astrocytaires qui entourent les synapses excitatrices. Un nombre croissant de preuves scientifiques a maintenant montré que le transport astrocytaire de glutamate est responsable d'un coût métabolique important qui est majoritairement pris en charge par une augmentation de l'activité glycolytique. Cependant, les astrocytes possèdent également un important métabolisme énergétique de type mitochondrial. Par conséquent, la localisation spatiale des mitochondries à proximité des transporteurs de glutamate suggère l'existence d'un mécanisme régulant le métabolisme énergétique astrocytaire, en particulier le métabolisme mitochondrial.Afin de fournir une explication à ce paradoxe énergétique, nous avons utilisé des techniques d'imagerie par fluorescence pour mesurer les modifications de concentrations ioniques spontanées et évoquées par une stimulation glutamatergique dans des astrocytes corticaux de souris. Nous avons montré que les mitochondries d'astrocytes au repos manifestaient des changements individuels, spontanés et sélectifs de leur potentiel électrique, de leur pH et de leur concentration en sodium. Nous avons trouvé que le glutamate diminuait la fréquence des augmentations spontanées de sodium en diminuant le niveau cellulaire d'ATP. Nous avons ensuite étudié la possibilité d'une régulation du métabolisme mitochondrial astrocytaire par le glutamate. Nous avons montré que le glutamate initie dans la population mitochondriale une augmentation rapide de la concentration en sodium due à l'augmentation cytosolique de sodium. Nous avons également montré que le relâchement neuronal de glutamate induit une acidification mitochondriale dans les astrocytes. Nos résultats ont indiqué que l'acidification induite par le glutamate induit une diminution de la production de radicaux libres et de la consommation d'oxygène par les astrocytes. Ces études ont montré que les mitochondries des astrocytes sont régulées individuellement et adaptent leur activité selon l'environnement intracellulaire. L'adaptation dynamique du métabolisme énergétique mitochondrial opéré par le glutamate permet d'augmenter la quantité d'oxygène disponible et amène au relâchement de lactate, tous deux bénéfiques pour les neurones.Abstract :The remarkable efficiency of the brain to compute and communicate information costs the body 20% of its total energy budget. Therefore, the cellular mechanisms responsible for brain energy metabolism developed adequately to face the energy needs. Recent advances in neuroenergetics tend to indicate that the main site of energy consumption in the brain is the astroglial process ensheating activated excitatory synapses. A large body of evidence has now shown that glutamate uptake by astrocytes surrounding synapses is responsible for a significant metabolic cost, whose metabolic response is apparently mainly glycolytic. However, astrocytes have also a significant mitochondrial oxidative metabolism. Therefore, the location of mitochondria close to glutamate transporters raises the question of the existence of mechanisms for tuning their energy metabolism, in particular their mitochondrial metabolism.To tackle these issues, we used real time imaging techniques to study mitochondrial ionic alterations occurring at resting state and during glutamatergic stimulation of mouse cortical astrocytes. We showed that mitochondria of intact resting astrocytes exhibited individual spontaneous and selective alterations of their electrical potential, pH and Na+ concentration. We found that glutamate decreased the frequency of mitochondrial Na+ transient activity by decreasing the cellular level of ATP. We then investigated a possible link between glutamatergic transmission and mitochondrial metabolism in astrocytes. We showed that glutamate triggered a rapid Na+ concentration increase in the mitochondrial population as a result of plasma-membrane Na+-dependent uptake. We then demonstrated that neuronally released glutamate also induced a mitochondrial acidification in astrocytes. Glutamate induced a pH-mediated and cytoprotective decrease of mitochondrial metabolism that diminished oxygen consumption. Taken together, these studies showed that astrocytes contain mitochondria that are individually regulated and sense the intracellular environment to modulate their own activity. The dynamic regulation of astrocyte mitochondrial energy output operated by glutamate allows increasing oxygen availability and lactate production both being beneficial for neurons.

The influence of hydrocortisone on cellular defence mechanisms of Biomphalaria glabrata

Since the internal defense system of mollusks consists of cellular and humoral mechanisms, we examined the role of hydrocortisone in mollusks defense cells and the influence of this steroid on the development of Schistosoma mansoni in its intermediary host. Hydrocortisone had an immunosuppressive action in Biomphalaria glabrata, as reflected in the reduced number of defense cells and the altered cell physiology. Histopathological analysis showed that hydrocortisone facilitated the intramolluscan development of S. mansoni, by reducing the extent of the inflammatory response, seen as a greater number of viable sporocysts with no surrounding hemocytes.

Role of the sub-cellular localization of RasGAP fragment N2 for its ability to sensitize cancer cells to genotoxin-induced apoptosis.

The specific sensitization of tumor cells to the apoptotic response induced by genotoxins is a promising way of increasing the efficacy of chemotherapies. The RasGAP-derived fragment N2, while not regulating apoptosis in normal cells, potently sensitizes tumor cells to cisplatin- and other genotoxin-induced cell death. Here we show that fragment N2 in living cells is mainly located in the cytoplasm and only minimally associated with specific organelles. The cytoplasmic localization of fragment N2 was required for its cisplatin-sensitization property because targeting it to the mitochondria or the ER abrogated its ability to increase the death of tumor cells in response to cisplatin. These results indicate that fragment N2 requires a spatially constrained cellular location to exert its anti-cancer activity.

The role of energy and nutritional support in the intensive care unit.

Malnutrition is common in critically ill, hospitalized patients and so represents a major problem for intensive care. Nutritional support can be beneficial in such cases and may help preserve vital organ and immune function. Energy requirements, route of delivery and potential complications of nutritional support are discussed in this paper.

Extra-cellular matrix changes in Schistosoma mansoni-infected Biomphalaria glabrata

Reactivity of snails against parasites exhibits a primitive focal reaction, with encapsulation, phagocytosis and destruction of parasite larvae by macrophage-like cells - the hemocytes. This reaction mimics granulomatous inflammation seen in higher animals. However, different from the latter, little is known about the participation of extra-cellular matrix in such snail defense reactions. Normal and Schistosoma mansoni-infected Biomphalaria glabrata of different strains were submitted to cytological, histological, ultrastructural and biochemical methods in order to investigate the behavior of extra-cellular tissues at the site of anti-parasite reactions. In spite of the presence of two cell-types in peripheral hemolymph, only one cell-type was present at the sites of tissue reactions. Although pre-existent collagen and elastic fibers and microfibrils sometimes appeared slightly compressed around focal reactions, no evidences of duplication, synthesis or deposition of connective-tissue extra-cellular components were observed within or around the zones of reactive cell accumulations. Thus, tissue reactions against S. mansoni in the snail B. glabrata appeared exclusively dependent on one specific population of hemocytes.

Parameters affecting cellular invasion and escape from the parasitophorous vacuole by different infective forms of Trypanosoma cruzi

In this study we have examined certain aspects of the process of cell invasion and parasitophorous vacuole escape by metacyclic trypomastigotes and extracellular amastigote forms of Trypanosoma cruzi (G strain). Using Vero (and HeLa) cells as targets, we detected differences in the kinetics of vacuole escape by the two forms. Alcalinization of intercellular pH influenced both invasion as well as the escape from the parasitophorous vacuole by metacyclic trypomastigotes, but not the escape kinetics of extracellular amastigotes. We used sialic acid mutants as target cells and observed that the deficiency of this molecule facilitated the escape of both infective forms. Hemolysin activity was only detected in extracellular amastigotes and neither form presented detectable transialidase activity. Invasion of extracellular amastigotes and trypomastigotes in Vero cells was affected in different ways by drugs that interfere with host cell Ca2+ mobilization. These results are in line with previous results that indicate that metacyclic trypomastigotes and extracellular amastigote forms utilize mechanisms with particular features to invade host cells and to escape from their parasitophorous vacuoles.

Effect of Platinum-Based Chemoradiotherapy on Cellular Proliferation in Bone Marrow and Spleen, Estimated by 18F-FLT PET/CT in Patients with Locally Advanced Non-Small Cell Lung Cancer.

Historically, it has been difficult to monitor the acute impact of anticancer therapies on hematopoietic organs on a whole-body scale. Deeper understanding of the effect of treatments on bone marrow would be of great potential value in the rational design of intensive treatment regimens. 3'-deoxy-3'-(18)F-fluorothymidine ((18)F-FLT) is a functional radiotracer used to study cellular proliferation. It is trapped in cells in proportion to thymidine-kinase 1 enzyme expression, which is upregulated during DNA synthesis. This study investigates the potential of (18)F-FLT to monitor acute effects of chemotherapy on cellular proliferation and its recovery in bone marrow, spleen, and liver during treatment with 2 different chemotherapy regimens.

Cellular immune responses and disease control in acute AIDS-associated Kaposi's sarcoma.

Kaposi's sarcoma-associated herpesvirus (KSHV) specific T cell responses and KSHV viremia were analyzed in seven HIV-infected patients with active Kaposi's sarcoma lesions who initiated highly active antiretroviral therapy, and were compared between patients with improved Kaposi's sarcoma and those with progressive Kaposi's sarcoma requiring further systemic chemotherapy. Patients with controlled Kaposi's sarcoma disease demonstrated undetectable Kaposi's sarcoma viremia together with KSHV-specific CD8 T cells secreting interferon-gamma and tumor necrosis factor-alpha, whereas progressors showed increasing viremia with weak or no T-cell responses. These data point toward a potential role of KSHV-specific immunity in the control of AIDS-associated Kaposi's sarcoma.

Twenty-four-hour energy expenditure in pregnant and nonpregnant Gambian women, measured in a whole-body indirect calorimeter.

Twenty-four-hour energy expenditure (EE), daily and sleeping EE, and the energy cost of a standardized treadmill exercise were assessed in a respiration chamber in 41 young pregnant Gambian women at 12 (n = 11), 24 (n = 15), and 36 (n = 15) wk of gestation and compared with 13 nonpregnant nonlactating (NPNL) control women. The rate of 24-h EE was significantly higher (P less than 0.001) at 36 wk gestation (8443 +/- 243 kJ/d) than in the NPNL group (6971 +/- 172 kJ/d) or at 12 and 24 wk (7088 +/- 222 and 7188 +/- 192 kJ/d, respectively). Per unit body weight, no more differences in 24-h EE, daily and sleeping EE, or energy cost of walking were observed between pregnant and NPNL women. There was no statistical difference in the 24-h respiratory quotient among the groups. We conclude that the state of pregnancy in Gambian women induces a progressive rise in 24-h EE, which becomes significant in the third trimester and is proportional to body weight.

Water-filtered infrared-A radiation (wIRA) is not implicated in cellular degeneration of human skin

Rapport de synthèse : Introduction : le vieillissement cutané est un processus biologique complexe auquel participe une exposition excessive au rayonnement ultraviolet du soleil. En particulier, les longueurs d'onde des rayons ultraviolets A et B (UV-A et UV-B) peuvent induire une augmentation de la synthèse de protéases, comme la métalloprotéinase matricielle 1 (MMP-1), qui est impliquée dans le processus de vieillissement. La thermothérapie par infrarouges, dont les longueurs d'onde sont plus longues que celles des UV, est largement utilisée à des fins thérapeutiques ou cosmétiques. Or, il a été démontré que les infrarouges en filtration aqueuse (IRFA) pouvaient induire une augmentation de la production de MMP-1 et par conséquent être nocifs. Il serait donc intéressant d'évaluer les effets des IRFA au niveau cellulaire et moléculaire. But Expérimental : étudier les effets des lampes à infrarouges en filtration aqueuse utilisées en clinique sur des fibroblastes cutanés humains en culture, afin d'analyser l'expression du gène codant pour la protéine MMP-1. Méthode : des fibroblastes cutanés humain ont été irradiés d'une part avec approximativement 88% d'IRFA (780-1400 nm) et 12% de lumière rouge (LR, 665-780 nm) avec 380 mW/cm2 IRFA(+LR) (333 mW/cm2 IRFA) et d'autre part avec des UV-A comme contrôle. Des courbes de survie cellulaire ont été établies après une exposition allant de 15 minutes à 8 heures au IRFA(+LR) (340-10880 J/cm2 wIRA(+RL), 300-9600 J/cm2 wIRA) ou de 15 à 45 minutes aux UV-A(+BL) (25-75 J/cm2 UV-A(+BL). L'induction de l'ARNm du gène de la MMP-1 a été analysé dans les fibroblastes cutanés humain à deux températures physiologiques (30°C et 37°C) lors d'expositions uniques de 15 à 60 minutes aux IRFA(+LR) (340-1360 J/cm2 IRFA(+LR), 300-1200 J/cm2 IRFA) ou de 30 minutes aux UV-A(+BL) (50 J/cm2 UVA(+BL)). De plus, nous avons effectué des irradiations répétées, une a chaque passage cellulaire jusqu'au passage. 10 de 15 minutes d'IRFA(+LR) 340 J/cm2 IRFA(+LR), 300 J/cm2 IRFA) . Résultats : une exposition unique aux UV-A (+BL) entraîne chez des fibroblastes cutanés humains une augmentation de la mort cellulaire, ainsi qu'une forte augmentation de l'expression du gène codant pour la MMP-1. L'augmentation mise en évidence pour cet ARNm varie en fonction de la technique utilisée : elle est de 11 ± 1 fois par RT-PCR classique, de 76 ± 2 fois par RT-PCR quantitative à 30°C, et de 75 ± 1 fois par RT-PCR quantitative à 37°C. Par contre, une exposition unique ou répétée aux IRFA (+LR) n'induit aucune augmentation de la mort cellulaire, ni de l'expression de l'ARNm de la MMP-1 chez ces fibroblastes. Conclusions : les résultats de cette étude montrent que, contrairement aux rayons ultraviolets, les IRFA (+LR) ne semblent impliqués ni dans le vieillissement, ni dans la mort cellulaire, même utilisés à des doses très élevées. Ces résultats sont en accord avec certaines investigations in vivo montrant une induction de MMP-1 par des UV et non des infrarouges. Ces dernières études suggèrent d'ailleurs plutôt un rôle protecteur des IRFA (+LR).