Vagotomy ameliorates islet morphofunction and body metabolic homeostasis in MSG-obese rats

The parasympathetic nervous system is important for β-cell secretion and mass regulation. Here, we characterized involvement of the vagus nerve in pancreatic β-cell morphofunctional regulation and body nutrient homeostasis in 90-day-old monosodium glutamate (MSG)-obese rats. Male newborn Wistar rats received MSG (4 g/kg body weight) or saline [control (CTL) group] during the first 5 days of life. At 30 days of age, both groups of rats were submitted to sham-surgery (CTL and MSG groups) or subdiaphragmatic vagotomy (Cvag and Mvag groups). The 90-day-old MSG rats presented obesity, hyperinsulinemia, insulin resistance, and hypertriglyceridemia. Their pancreatic islets hypersecreted insulin in response to glucose but did not increase insulin release upon carbachol (Cch) stimulus, despite a higher intracellular Ca2+ mobilization. Furthermore, while the pancreas weight was 34% lower in MSG rats, no alteration in islet and β-cell mass was observed. However, in the MSG pancreas, increases of 51% and 55% were observed in the total islet and β-cell area/pancreas section, respectively. Also, the β-cell number per β-cell area was 19% higher in MSG rat pancreas than in CTL pancreas. Vagotomy prevented obesity, reducing 25% of body fat stores and ameliorated glucose homeostasis in Mvag rats. Mvag islets demonstrated partially reduced insulin secretion in response to 11.1 mM glucose and presented normalization of Cch-induced Ca2+ mobilization and insulin release. All morphometric parameters were similar among Mvag and CTL rat pancreases. Therefore, the higher insulin release in MSG rats was associated with greater β-cell/islet numbers and not due to hypertrophy. Vagotomy improved whole body nutrient homeostasis and endocrine pancreatic morphofunction in Mvag rats.

Genetic purity certificate in seeds of hybrid maize using molecular markers

One of the main features that confer high quality to the seed is its genetic purity, in which one of the major causes of contamination is the self-pollination of the female parent. Up to date, there is no accurate and fast methods for detecting such contamination. Thus, this work was carried out to certify the genetic purity in seeds of hybrid maize using different biochemical and DNA-based markers. Two single-cross hybrids and their parental lines derived from the maize breeding program at UFLA were evaluated by isoenzymatic pattern of alcohol dehydrogenase (ADH), esterase (EST), acid phosphatase (ACP), glutamate-oxaloacetate transaminase (GOT), malate dehydrogenase (MDH), isocitrate dehydrogenase (IDH), phosphoglucomutase (PGM), 6-phosphoglucomate dehydrogenase (PGDH), catalase (CAT) and ß-glucosidade (ßGLU) and by microsatellites markers. The enzymatic systems that were able to distinguish the hybrids from their parental line were the catalase, the isocitrate dehydrogenase and the esterase. The esterase showed a Mendelian segregation pattern for UFLA 8/3 hybrid, that enables a safer genetic purity certificate. Microsatellites were able to differentiate the hybrid lines and the respective parental lines. Moreover, this technique was fast, precise and without environment effects. For microsatellites, the amplification pattern was identical when young leaves or seeds were used as DNA source. The possibility of using seeds as DNA source would accelerate and facilitate the role process of the genetic purity analysis.

Structural and Mechanistic Studies of Phosphoserine Aminotransferase

Phosphoserine aminotrasferase (PSAT: EC 2.6.1.52) is a vitamin B6-dependent enzyme and a member of the subgroup IV in the aminotransferase superfamily. Here, X-ray crystallography was used to determine the structure of PSAT from Bacillus alcalophilus with pyridoxamine 5′-phosphate (PMP) at high resolution (1.57 Å). In addition, analysis of active residues and their conformational changes was performed. The structure is of good quality as indicated, for example, by the last recorded Rwork and Rfree numbers (0.1331 and 0.1495, respectively). The enzyme was initially crystallized in the presence of substrate L-glutamate with the idea to produce the enzyme-substrate complex. However, the structure determination revealed no glutamate bound at the active site. Instead, the Schiff base between Lys196 and PLP appeared broken, resulting in the formation of PMP owing to the excess of the donor substrate used during co-crystallization. Structural comparison with the free PSAT enzyme and the PSAR-PSER complex showed that the aromatic ring of the co-factor remains in almost the same place in all structures. A flexible nearby loop in the active site was found in the same position as in the free PSAT structure while in the PSAT-PSER structure it moves inwards to interact with PSER. B-factors comparison in all three structures (PSAT-PMP complex, free PSAT, and PSAT-PSER complex) showed elevated loop flexibility in the absence of the substrate, indicating that loop flexibility plays an important role during substrate binding. The reported structure provides mechanistic details into the reaction mechanism of PSAT and may help in understanding better the role of various parts in the structure towards the design of novel compounds as potential disruptors of PSAT function. This may lead to the development of new drugs which could target the human and bacterial PSAT active site.

Effects of a hydroxy-cinnamoyl conjugate of spermidine in the neuromuscular junction of crayfish /

N'-coumaroyl spermidine (NlCSpd) is a plant derived chemical which is proposed to belong to a class of low molecular weight neuroactive substances called phenolic polyamines. NlCSpd is stnicturally similar to glutamate receptor blocking toxins found in certain spiders and wasps, such as JSTX-3 and NSTX-3 found in Nephila spiders. The goal of the present study was to determine if plant-derived phenolic polyamines act like other structurally related chemicals found in Arthropod venoms, such as JSTX-3, and whether they can be classified in the same pharmacological group as the spider and wasp toxins. A comparison was made to determine the relative potencies of various phenolic polyamines fi-om plants and insect venoms. This comparison was done by measuring the effect of various concentrations ofNlCSpd on the amplitude of excitatory postsynaptic potentials (EPSPs) elicited in muscle of the crayfish Proccanbarus clarkii. NlCSpd was also tested on L-glutamate induced potentials to determine if a postsynaptic component to sj^naptic block occurs. NlCSpd and an analogue with an a longer polyamine chain, NlCSpm, blocked EPSPs in a dose dependent manner, NlCSpd having an IC50 of lOOnM. NlCSpd also blocked L-glutamate induced potentials. The two main components of the NlCSpd molecule alone are insufficient for activity. NlCSpd acts postsynaptically by interfering with crayfish glutamatergic synaptic transmission, likely blocking glutamate receptors by interacting with the same site(s) as other phenolic polyamines. Certain moieties on the polyamines molecule are necessary for activity while others are not.

The production of 4-adminobutyrate in response to treatments reducing cytosolic pH and the regulation of intracellular pH

GABA (4-aminobutyrate) is synthesized through the decarboxylation of LGlu- (L-Glu-+ H+ ---> GABA + C02), and compared to many free amino acids is present in high concentrations in plant cells. GABA levels rise rapidly and dramatically in response to varied stress conditions including anaerobiosis. Recent papers suggest that GABA production and associated H+ consumption are parts of a metabolic pH-stat mechanism which ameliorates the intracellular pH decline associated with anaerobiosis or other treatments. To test this hypothesis GABA production and efflux have been measured in isolated Asparagus sprengeri cells in response to three treatments which potentially cause intracellular acidification. Acid loads were imposed using 60 min of (i) anaerobiosis, (ii) H+/LGlu- cotransport, and (iii) treatment with permeant weak acids (butyric, acetic and propionic). Both intra- and extracellular GABA concentrations increased more than 100% after anaerobiosis, almost 1000% after H+/L-Glu- cotransport (light or dark) and almost 5000/0 after addition of 5 mM butyric acid at pH 5.0. HPLC analysis of amino acids indicates that as GABA concentrations increased in response to butyric acid addition, glutamate concentrations decreased. Time-course studies demonstrated that added butyric acid stimulates GABA production by 2800/0 within 15 seconds. A fluorescent determination of cytosolic pH indicates that addition of butyric or other weak acids resulted in a rapid reduction in cytosolic pH of 0.6 pH units. The half time for the response to butyric acid addition is 2.1 seconds, indicating that the decline in cytosolic pH is rapid enough to account for the rapid stimulation of GABA production. The acid load in response to butyric acid addition was assayed by measurements of 14C-butyric acid uptake. Calculations indicate that GABA production accounted for 45% of the imposed acid load. The biological significance of GABA efflux is not yet understood. The results support the original hypothesis suggesting a role for GABA production in cellular pH regulation.

The role of the dopaminergic system in the production of ultrasonic calls in adult rats /

Ultrasonic vocalizations (USV) are emitted by rats in a number of social situations such as aggressive encounters, during sexual behavior, and during play in young rats, situations which are predominantly associated with strong emotional responses. These USV typically involve two distinct types of calls: 22 kHz calls, which are emitted in aversive situations and 50 kHz calls, which are emitted in non-aversive, appetitive situation. The 50 kHz calls are the focus of the present study and to date both the glutamatergic and the dopaminergic systems have been independently implicated in the production of these 50 kHz calls. The present study was conducted to examine a possible relationship between glutamate (GLU) and dopamine (DA) in mediating 50 kHz calls. It was hypothesized that the dopaminergic system plays a mediating role in 50 kHz calls induced by injections ofGLU into the anterior hypothalamic/preoptic area (AHPOA) in adult rats. A total of 68 adult male rats were used in this study. Rats' USV were recorded and analyzed in five experiments that were designed to test the hypothesis: in experiment 1, rats were treated with systemic amphetamine (AMPH) alone; in experiment 2, intra- AHPOA GLU was pretreated with systemic AMPH; in experiment 3, intra-AHPOA GLU was pretreated with intra-AHPOA AMPH; in experiment 4, rats were treated with high and low doses of intra-AHPOA AMPH only; in experiment 5, rats were treated with systemic haloperidol (HAL) as a pretreatment for intra-AHPOA GLU. Analysis of the results indicated that AMPH has a facilitatory effect on 50 kHz USV and that a relationship between DA and GLU in inducing 50 kHz calls does exist. The effect, however, was only observed when DA receptors were antagonized with HAL and was not seen with systemic AMPH pretreatments of intra-AHPOA GLU. The DAGLU relationship at the AHPOA was unclear.

Investigations on the production of long chain fatty acids in Choanephora cucurbitarum (Berk.

The fatty acid composition of the total cellular lipids of Choanephora cucurbitarum incubated for 96 hrs on either glucose-ammonium sulfate or malt-weast extract media was determined. The major fatty acids were palmitic, palmitoleic, stearic and linoleic acids. The saturated fatty acid possessing the longest acyl chain was stearate (C 18:0). The presence of glutamic acid (2.0 x 10-1% or 1.36 x la-2M) in either of the above growth media resulted in increase in percent of 1f-linolenic acid, decrease in percent of linoleic ~iCid and appearance of a new series of fatty acid> C ~8 e.g. C ",,,,'V' C2k:O, C26,O. The addition of glutamic acid had no effect on the lipid yield but slightly decreased the degree of unsaturation. Compounds which duplicated the effect of glutamic acid were acetate, malate, citrate, succinate, 0( -ketoglutarate, prOline, -y -aminobutyric acid and glucose (3%) but not aspartic acid or alanine. ~o correlation was found between glutamic acid pool concentration and the presence in the growth medium of those compounds which stimulate long chain fatty acid production. Four hours of incubation with 27 JJ 1-1 glutamate supported the production of long chain fatty acids. This stimulation is inhibited if 272 .u M isophthalic acid is added with 27 AJ M glutamate. But, long chain fatty acids were detected when 27 JJ M eX -ketoglutarate is also present in the incubation mixture. Five hours of incubation with 100 ,Mg/ml of cycloheximide resulted in over 9CY/o inhibition of cytoplasmic :protein synthesise Glutamate (27 .uM) enhanced the synthesis of long chain fatty acids under these conditions. These findings are discussed in an attempt to provide a plausible explanation COmmon to compounds that support the production of long chain fatty acids.

Localization of monoterpenoid indole alkaloid (MIA) biosynthesis by in situ hybridization (ISH)

Monoterpenoid indole alkaloids (MIA) are among the largest and most complex group of nitrogen containing secondary metabolites that are characteristic of the Apocynaceae plant family including the most notable Catharanthus roseus. These compounds have demonstrated activity as successful drugs for treating various cancers, neurological disorders and cardiovascular conditions. Due to the low yields of these compounds and high pharmacological value, their biosynthesis is a major topic of study. Previous work highlighting the leaf epidermis and leaf surface as a highly active area in MIA biosynthesis and MIA accumulation has made the epidermis a major focus of this thesis. This thesis provides an in-depth analysis of the valuable technique of RNA in situ hybridization (ISH) and demonstrates the application of the technique to analyze the location of the biosynthetic steps involved in the production of MIAs. The work presented in this thesis demonstrates that most of the MIAs of Eurasian Vinca minor, African Tabernaemontana e/egans and five Amsonia species, including North American Amsonia hubrichitii and Mediterranean A. orienta/is, accumulate in leaf wax exudates, while the rest of the leaf is almost devoid of alkaloids. Biochemical studies on Vinca minor displayed high tryptophan decarboxylase (TOe) enzyme activity and protein expression in the leaf epidermis compared to whole leaves. ISH studies aimed at localizing TOe and strictosidine synthase suggest the upper and lower epidermis of V. minor and T. e/egans as probable significant production sites for MIAs that will accumulate on the leaf surface, however the results don't eliminate the possibility of the involvement of other cell types. The monoterpenoid precursor to all MIAs, secologanin, is produced through the MEP pathway occurring in two cell types, the IPAP cells (Gl0H) and epidermal cells (LAMT and SLS). The work presented in this thesis, localizes a novel enzymatic step, UDPG-7-deoxyloganetic acid glucosyltransferase (UGT8) to the IPAP cells of Catharanthus longifolius. These results enable the suggestion that all steps from Gl0H up to and including UGT8 occur in the IPAP cells of the leaf, making the IPAP cells the main site for the majority of secologanin biosynthesis. It also makes the IPAP cells a likely cell type to begin searching for the gene of the uncharacterized steps between Gl0H and UGT8. It also narrows the compound to be transported from the IPAP cells to either 7-deoxyloganic acid or loganic acid, which aids in the identification of the transportation mechanism.

Cholesterol-Independent Effects of Methyl-b- Cyclodextrin on Chemical Synapses

The cholesterol chelating agent, methyl-b-cyclodextrin (MbCD), alters synaptic function in many systems. At crayfish neuromuscular junctions, MbCD is reported to reduce excitatory junctional potentials (EJPs) by impairing impulse propagation to synaptic terminals, and to have no postsynaptic effects. We examined the degree to which physiological effects of MbCD correlate with its ability to reduce cholesterol, and used thermal acclimatization as an alternative method to modify cholesterol levels. MbCD impaired impulse propagation and decreased EJP amplitude by 40% (P,0.05) in preparations from crayfish acclimatized to 14uC but not from those acclimatized to 21uC. The reduction in EJP amplitude in the cold-acclimatized group was associated with a 49% reduction in quantal content (P,0.05). MbCD had no effect on input resistance in muscle fibers but decreased sensitivity to the neurotransmitter L-glutamate in both warm- and coldacclimatized groups. This effect was less pronounced and reversible in the warm-acclimatized group (90% reduction in cold, P,0.05; 50% reduction in warm, P,0.05). MbCD reduced cholesterol in isolated nerve and muscle from cold- and warmacclimatized groups by comparable amounts (nerve: 29% cold, 25% warm; muscle: 20% cold, 18% warm; P,0.05). This effect was reversed by cholesterol loading, but only in the warm-acclimatized group. Thus, effects of MbCD on glutamatesensitivity correlated with its ability to reduce cholesterol, but effects on impulse propagation and resulting EJP amplitude did not. Our results indicate that MbCD can affect both presynaptic and postsynaptic properties, and that some effects of MbCD are unrelated to cholesterol chelation.

Évaluation neurobiologique des souris spontanément hypertendues : Du vieillissement à la génomique comparative

Le but de cette thèse est premièrement d’évaluer l’effet du vieillissement sur les fonctions psychomotrices des souches de souris sélectionnées génétiquement en fonction de leur tension artérielle (TA); deuxièmement, de localiser les déterminants génétiques des phénotypes psychophysiologiques à partir de souches recombinantes congéniques (RCS). Ces travaux ont mené à la publication de 4 articles. Le premier article décrit l’évaluation des fonctions psychomotrices des souches avec une tension artérielle élevée (HBP), basse (LBP) et normale (NBP). La performance aux épreuves d’exploration, d’habiletés motrices et d’apprentissage spatial, a été mesurée sur deux cohortes âgées respectivement de 12 mois et de trois mois. Indépendamment de l’âge, les HBPs sont hyperactives dans l’open-field (OF), mais pas dans le test d’exploration de trous. Inversement, les LBP explorent moins d’espaces que les NBP et, à trois mois seulement, sont hypoactives dans l’OF. Par ailleurs, les HBPs et les LBP présentent des déficits précoces de coordination motrice et des fonctions visuo-motrices. Le second article concerne l’évaluation longitudinale de la coordination motrice, de l’anxiété et de l’apprentissage spatial des souches HBP, LBP et NBP, à l’âge de deux mois et de 12 mois. Le vieillissement accentue l’hyperactivité des HBPs dans l’OF. Par contre, l’hypoactivité des souris LBP est détectable seulement à l’âge de deux mois. Indépendamment de l’âge, les souris HBP et LBP montrent une perception réduite du danger dans l’épreuve d’anxiété et des dysfonctions visuo-motrices au labyrinthe aquatique. Enfin, des déficits précoces de coordination motrice se manifestent seulement chez les HBPs. Il reste à déterminer si les déficits observés sont liés à des déterminants génétiques indépendants ou secondaires aux altérations de la tension artérielle. Le troisième article présente la comparaison entre les souches consanguines A/J et C57Bl/6J (B6) aux épreuves de l’OF, de la planche à trous, du labyrinthe aquatique et du cintre (coordination motrice). Les B6 explore d’avantage l’OF et la planche à trous. Les B6 sont moins rapides sur le cintre, mais supérieurs aux A/J dans le labyrinthe aquatique, avec une plate-forme invisible ou visible. Ces résultats démontrent l’implication de déterminants génétiques. Cette thèse se termine par un quatrième article sur la localisation des déterminants génétiques de la susceptibilité au stress dans les RCS, dérivées de A/J et B6, et présentant un agencement spécifique de 12.5% du génome. La réactivité émotionnelle est évaluée dans l’OF et le plus-maze; la réponse de stress est mesurée par radio télémétrie de la température interne pendant le stress d’immobilisation (SI) sous diète régulière et riche en sel; l’excrétion des électrolytes urinaires est dosée après 24 heures de diète salée. Les loci les plus significatifs sont situés dans les régions suivantes: de l’émotionalité dans l’OF (Emo1) sur le chr. 1 (LOD=4.6) correspondant à la région homologue impliquée dans la cohorte d’hypertension familiale du Saguenay; de la dopa décarboxylase (ddc) sur le chr. 11 pour l’émergence du plus-maze (LOD=4.7); de la protéine liant l’endotoxine (lbp) sur le chr. 2 pour l’hypothermie initiale en réponse au SI (LOD=4); et de HSP90 sur le chr. 12 pour l’excrétion de Ca++ (LOD=4.6). Des banques de données sont ensuite interrogées pour recenser les polymorphismes des régions régulatrices ou codantes des gènes candidats chez les souches ancestrales A/J et B6, dont les séquences sont disponibles pour le génome entier. Des utilitaires web permettent de dévoiler les changements dans la structure secondaire de l’ARNm, l’interférence avec des microARN ou avec d’autres motifs de liaison. Plusieurs SNPs fonctionnels ont été identifiés pour le QTL du chr. 1, particulièrement dans les éléments de régulation; ceux-ci impliquant des gènes reliés avec les réponses inflammatoire/immunitaire ou avec le système cardiovasculaire. La quantification par la PCR confirme une régulation à la baisse d’atp1a2 dans le cœur et le cerveau des souches susceptibles à l’anxiété. Ces résultats confirment l’intrication des altérations de la susceptibilité au stress et de la régulation de la TA.

Identification des canaux TRPC impliqués dans la potentialisation à long terme des interneurones de la région CA1 de l'hippocampe chez le rat

Le réseau neuronal de l’hippocampe joue un rôle central dans la mémoire en modifiant de façon durable l’efficacité de ses synapses. Dans les interneurones de la couche oriens/alveus (O/A), l’induction de la potentialisation à long terme (PLT) requiert les courants postsynaptiques excitateurs évoqués par les récepteurs métabotropes du glutamate de sous-type 1a (CPSEmGluR1a) et l’entrée subséquente de Ca2+ via des canaux de la famille des transient receptor potential (TRP). Le but de ce projet était d’identifier les canaux TRP responsables des CPSEmGluR1a et d’explorer les mécanismes moléculaires régulant leur ouverture. Nous avons déterminé par des enregistrements électrophysiologiques que les CPSEmGluR1a étaient spécifiques aux interneurones O/A et qu’ils étaient indépendants de la phospholipase C. Nous avons ensuite examiné l’expression des TRPC et leur interaction avec mGluR1a par les techniques de RT-PCR, d’immunofluorescence et de co-immunoprécipitation. Nos résultats montrent que TRPC1 et mGluR1a s’associent dans l’hippocampe et que ces deux protéines sont présentes dans les dendrites des interneurones O/A. En revanche, TRPC4 ne semble s’associer à mGluR1a qu’en système recombinant et leur colocalisation paraît limitée au corps cellulaire. Finalement, nous avons procédé à des enregistrements d’interneurones dans lesquels l’expression des TRPC a été sélectivement supprimée par la transfection d’ARN interférant et avons ainsi démontré que TRPC1, mais non TRPC4, est une sous-unité obligatoire du canal responsable des CPSEmGluR1a. Ces travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de la transmission synaptique des interneurones O/A et de mettre en évidence un rôle potentiel de TRPC1 dans la PLT.

Imagerie par résonance magnétique spectroscopique et exploration neurochimique de régions cérébrales d'individus atteints d'un trouble léger de la cognition.

Introduction : Les individus présentant des troubles cognitifs légers ou Mild Cognitive Impairment (MCI) sont plus à risque de développer une maladie d’Alzheimer (MA) que le reste de la population âgée. Objectif : Cette étude repose sur le recours à un devis de type étude de cas multiples dont l’objectif est de contribuer à l’identification d’indices biologiques en quantifiant, à l’aide de la résonance magnétique spectroscopique (MRS), des changements métaboliques précoces chez les individus avec MCI, susceptibles d’évoluer vers la MA. Méthodologie : Huit individus MCI sont comparés à huit individus âgés normaux. Chaque participant est soumis à un examen MRS. Résultats : Parmi les huit participants MCI recrutés, l’un d’entre eux présente désormais un profil cognitif concordant avec une MA. L’analyse spectrale des métabolites de cet individu montre des ratios de glutamate plus élevés au niveau du cortex préfrontal gauche et de la régioncingulaire postérieure gauche. Bien qu’une diminution de NAA/Cr soit fréquemment observée chez la population MCI en voie d’évoluer vers la démence, les résultats obtenus ne démontrent rien en ce sens. Discussion/Conclusion : Le rôle du glutamate dans les processus neurodégénératifs est encore mal établi. L’augmentation de glutamate observée est contraire à la diminution habituellement observée au cours de la MA. Ces résultats sont toutefois explicables par l’existence possible d’excitotoxicité précoce chez les MCI en voie de d’évoluervers la démence. Cela pourrait aussi illustrer des mécanismes de compensation présents avant qu’un déclin cognitif ne soit objectivable.

Les mécanismes synaptiques et intrinsèques qui sous-tendent l’activité des cellules réticulospinales (RS) en réponse à une stimulation sensorielle de type cutané chez la lamproie

Chez diverses espèces animales, les informations sensorielles peuvent déclencher la locomotion. Ceci nécessite l’intégration des informations sensorielles par le système nerveux central. Chez la lamproie, les réseaux locomoteurs spinaux sont activés et contrôlés par les cellules réticulospinales (RS), système descendant le plus important. Ces cellules reçoivent des informations variées provenant notamment de la périphérie. Une fois activées par une brève stimulation cutanée d’intensité suffisante, les cellules RS produisent des dépolarisations soutenues de durées variées impliquant des propriétés intrinsèques calcium-dépendantes et associées à l’induction de la nage de fuite. Au cours de ce doctorat, nous avons voulu savoir si les afférences synaptiques ont une influence sur la durée des dépolarisations soutenues et si l’ensemble des cellules RS partagent des propriétés d’intégration similaires, impliquant possiblement les réserves de calcium internes. Dans un premier temps, nous montrons pour la première fois qu’en plus de dépendre des propriétés intrinsèques des cellules réticulospinales, les dépolarisations soutenues dépendent des afférences excitatrices glutamatergiques, incluant les afférences spinales, pour perdurer pendant de longues périodes de temps. Les afférences cutanées ne participent pas au maintien des dépolarisations soutenues et les afférences inhibitrices glycinergique et GABAergiques ne sont pas suffisantes pour les arrêter. Dans un deuxième temps, nous montrons que suite à une stimulation cutanée, l’ensemble des cellules RS localisées dans les quatre noyaux réticulés possèdent un patron d’activation similaire et elles peuvent toutes produire des dépolarisations soutenues dont le maintien ne dépend pas des réserves de calcium internes. Enfin, les résultats obtenus durant ce doctorat ont permis de mieux comprendre les mécanismes cellulaires par lesquels l’ensemble des cellules RS intègrent une brève information sensorielle et la transforment en une réponse soutenue associée à une commande motrice.

Développement d’une méthode d’estimation du contenu en glutamine des aliments

Cette étude vise à estimer l’apport en glutamine (Gln) alimentaire chez des athlètes soumis à un protocole de supplémentation en glutamine ainsi qu’à clarifier les informations diffusées au grand public en ce qui concerne les sources alimentaires de glutamine. Des études cliniques ont démontré que la supplémentation en glutamine pouvait réduire la morbidité et la mortalité chez des sujets en phase critique (grands brulés, chirurgie…). Le mécanisme en cause semble impliquer le système immunitaire. Cependant, les études chez les sportifs, dont le système immunitaire a de fortes chances d’être affaibli lors de périodes d’entraînement prolongées impliquant des efforts longs et intenses, n’ont pas été concluantes. Or, ces études négligent systématiquement l’apport alimentaire en glutamine, si bien qu’il est probable que les résultats contradictoires observés puissent en partie être expliqués par les choix alimentaires des sujets. Puisque la méthode conventionnelle de dosage des acides aminés dans les protéines alimentaires transforme la glutamine en glutamate, les tables de composition des aliments présentent la glutamine et le glutamate ensemble sous la dénomination « glutamate » ou « Glu », ce qui a comme conséquence de créer de l’ambiguïté. La dénomination « Glx » devrait être utilisée. Partant de la probabilité qu’un apport en Glx élevé soit un bon indicateur de l’apport en glutamine, nous avons créé un calculateur de Glx et avons évalué l’alimentation de 12 athlètes faisant partie d’une étude de supplémentation en glutamine. Nous avons alors constaté que l’apport en Glx était directement proportionnel à l’apport en protéines, avec 20,64 % ± 1,13 % de l’apport protéique sous forme de Glx. Grâce à quelques données sur la séquence primaire des acides aminés, nous avons pu constater que le rapport Gln/Glx pouvait être très variable d’un type de protéine à l’autre. Alors que le ratio molaire Gln/Glx est de ~95 % pour les α et β-gliadines, il n’est que de ~43 % pour la caséine, de ~36 % pour la β-lactoglobuline, de ~31 % pour l’ovalbumine et de ~28 % pour l’actine. Il est donc possible que certaines protéines puissent présenter des avantages par rapport à d’autres, à quantité égale de Glx.

Le rôle des cellules gliales de Müller dans la mort des cellules ganglionnaires de la rétine par des mécanismes cellulaires non-autonomes

Les cellules gliales sont essentielles au fonctionnement du système nerveux. Dans la rétine, les cellules gliales de Müller assurent à la fois l’homéostasie du tissu et la protection des neurones, notamment celle des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs). L’hypothèse principale de la thèse est que les cellules de Müller joueraient un rôle primordial dans la survie neuronale tant au plan de la signalisation des neurotrophines/proneurotrophines par suite d’une blessure que lors des mécanismes d’excitotoxicité. Contrairement au brain-derived neurotrophic factor (BDNF), le nerve growth factor (NGF) n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs après une section du nerf optique. Le premier objectif de la thèse a donc été de localiser les récepteurs p75NTR et TrkA du NGF dans la rétine adulte et d’établir leur fonction respective en utilisant des ligands peptidomimétiques agonistes ou antagonistes spécifiques pour chacun des récepteurs. Nos résultats ont démontré que TrkA est surexprimé par les CGRs après l’axotomie, tandis que p75NTR est spécifiquement exprimé par les cellules de Müller. Alors que NGF n’est pas en mesure d’induire la survie des CGRs, l’activation spécifique de TrkA par des ligands peptidomimétique est nettement neuroprotectrice. De façon surprenante, le blocage sélectif de p75NTR ou l’absence de celui-ci protège les CGRs de la mort induite par l’axotomie. De plus, la combinaison de NGF avec l’antagoniste de p75NTR agit de façon synergique sur la survie des CGRS. Ces résultats révèlent un nouveau mécanisme par lequel le récepteur p75NTR exprimé par les cellules gliales de Müller peut grandement influencer la survie neuronale. Ensuite, nous avons voulu déterminer l’effet des proneurotrophines dans la rétine adulte. Nous avons démontré que l’injection de proNGF induit la mort des CGRs chez le rat et la souris par un mécanisme dépendant de p75NTR. L’expression de p75NTR étant exclusive aux cellules de Müller, nous avons testé l’hypothèse que le proNGF active une signalisation cellulaire non-autonome qui aboutit à la mort des CGRs. En suivant cette idée, nous avons montré que le proNGF induit une forte expression du tumor necrosis factor α (TNFα) dans les cellules de Müller et que l’inhibition du TNF bloque la mort neuronale induite par le proNGF. L’utilisation de souris knock-out pour la protéine p75NTR, son co-récepteur sortiline, ou la protéine adaptatrice NRAGE a permis de montrer que la production de TNF par les cellules gliales était dépendante de ces protéines. Le proNGF semble activer une signalisation cellulaire non-autonome qui cause la mort des neurones de façon dépendante du TNF in vivo. L’hypothèse centrale de l’excitotoxicité est que la stimulation excessive des récepteurs du glutamate sensibles au N-Methyl-D-Aspartate (NMDA) est dommageable pour les neurones et contribue à plusieurs maladies neurodégénératives. Les cellules gliales sont soupçonnées de contribuer à la mort neuronale par excitotoxicité, mais leur rôle précis est encore méconnu. Le dernier objectif de ma thèse était d’établir le rôle des cellules de Müller dans cette mort neuronale. Nos résultats ont démontré que l’injection de NMDA induit une activation du nuclear factor κB (NF-κB) dans les cellules de Müller, mais pas dans les CGRs, et que l’utilisation d’inhibiteurs du NF-κB empêche la mort des CGRs. De plus, nous avons montré que les cellules de Müller en réaction à l’activation du NF-κB produisent la protéine TNFα laquelle semble être directement impliquée dans la mort des CGRs par excitotoxicité. Cette mort cellulaire se produit principalement par l’augmentation à la surface des neurones des récepteurs AMPA perméables au Ca2+, un phénomène dépendant du TNFα. Ces donnés révèlent un nouveau mécanisme cellululaire non-autonome par lequel les cellules gliales peuvent exacerber la mort neuronale lors de la mise en jeu de mécanismes excitotoxiques.