Participation of the GABAergic system in the anesthetic effect of Lippia alba (Mill.) N.E. Brown essential oil

The objective of this study was to identify the possible involvement of the GABAergic system in the anesthetic effect of Lippia alba essential oil (EO). We propose a new animal model using silver catfish (Rhamdia quelen) exposed to an anesthetic bath to study the mechanism of action of EO. To observe the induction and potentiation of the anesthetic effect of EO, juvenile silver catfish (9.30 ± 1.85 g; 10.15 ± 0.95 cm; N = 6) were exposed to various concentrations of L. alba EO in the presence or absence of diazepam [an agonist of high-affinity binding sites for benzodiazepinic (BDZ) sites coupled to the GABA A receptor complex]. In another experiment, fish (N = 6) were initially anesthetized with the EO and then transferred to an anesthetic-free aquarium containing flumazenil (a selective antagonist of binding sites for BDZ coupled to the GABA A receptor complex) or water to assess recovery time from the anesthesia. In this case, flumazenil was used to observe the involvement of the GABA-BDZ receptor in the EO mechanism of action. The results showed that diazepam potentiates the anesthetic effect of EO at all concentrations tested. Fish exposed to diazepam and EO showed faster recovery from anesthesia when flumazenil was added to the recovery bath (12.0 ± 0.3 and 7.2 ± 0.7, respectively) than those exposed to water (9.2 ± 0.2 and 3.5 ± 0.3, respectively). In conclusion, the results demonstrated the involvement of the GABAergic system in the anesthetic effect of L. alba EO on silver catfish.

Effect of the 5-HT4 receptor and serotonin transporter on visceral hypersensitivity in rats

Visceral hypersensitivity plays an important role in motor and sensory abnormalities associated with irritable bowel syndrome, but the underlying mechanisms are not fully understood. The present study was designed to evaluate the expression of the 5-HT4 receptor and the serotonin transporter (SERT) as well as their roles in chronic visceral hypersensitivity using a rat model. Neonatal male Sprague-Dawley rats received intracolonic injections of 0.5% acetic acid (0.3-0.5 mL at different times) between postnatal days 8 and 21 to establish an animal model of visceral hypersensitivity. On day 43, the threshold intensity for a visually identifiable contraction of the abdominal wall and body arching were recorded during rectal distention. Histological evaluation and the myeloperoxidase activity assay were performed to determine the severity of inflammation. The 5-HT4 receptor and SERT expression of the ascending colon were monitored using immunohistochemistry and Western blot analyses; the plasma 5-HT levels were measured using an ELISA method. As expected, transient colonic irritation at the neonatal stage led to visceral hypersensitivity, but no mucosal inflammation was later detected during adulthood. Using this model, we found reduced SERT expression (0.298 ± 0.038 vs 0.634 ± 0.200, P < 0.05) and increased 5-HT4 receptor expression (0.308 ± 0.017 vs 0.298 ± 0.021, P < 0.05). Treatment with fluoxetine (10 mg·kg-1·day-1, days 36-42), tegaserod (1 mg·kg-1·day-1, day 43), or the combination of both, reduced visceral hypersensitivity and plasma 5-HT levels. Fluoxetine treatment increased 5-HT4 receptor expression (0.322 ± 0.020 vs 0.308 ± 0.017, P < 0.01) but not SERT expression (0.219 ± 0.039 vs 0.298 ± 0.038, P = 0.654). These results indicate that both the 5-HT4 receptor and SERT play a role in the pathogenesis of visceral hypersensitivity, and its mechanism may be involved in the local 5-HT level.

Psychological stress alters the ultrastructure and increases IL-1β and TNF-α in mandibular condylar cartilage

Psychological factors can be correlated with temporomandibular disorders (TMDs), but the mechanisms are unknown. In the present study, we examined the microstructural changes and expression of proinflammatory cytokines in mandibular condylar cartilage of the temporomandibular joint (TMJ) in a psychological stress animal model. Male Sprague-Dawley rats (8 weeks old, 210 ± 10 g) were randomly divided into 3 groups: psychological stress (PS, N = 48), foot shock (FS, N = 24), and control (N = 48). After inducing psychological stress using a communication box with the FS rats for 1, 3, or 5 weeks, PS rats were sacrificed and compared to their matched control littermates, which received no stress and were killed at the same times as the PS rats. Body and adrenal gland weight were measured and corticosterone and adrenocorticotropic hormone levels were determined by radioimmunoassay. After hematoxylin-eosin staining for histological observation, the ultrastructure of the TMJ was examined by scanning electron microscopy. Transcription and protein levels of interleukin-1β (IL-1β) and tumor necrosis factor-α (TNF-α) were evaluated by ELISA and semi-quantitative RT-PCR. The PS group showed a significantly higher adrenal gland weight after 3 weeks of stress and higher hormone levels at weeks 1, 3, and 5. Histopathological changes and thinning cartilage were apparent at weeks 3 and 5. In the PS group, TNF-α increased at 1, 3, and 5 weeks and IL-1β increased significantly after 1 and 3 weeks of stress, and then decreased to normal levels by 5 weeks. Psychological stress increased plasma hormone levels and RT-PCR indicated increased IL-1β and TNF-α expression in the TMJ in a time-dependent manner. These results suggest that cytokine up-regulation was accompanied by stress-induced cartilage degeneration in the mandibular condyle. The proinflammatory cytokines play a potential role in initiating the cartilage destruction that eventually leads to the TMDs.

Dorsal periaqueductal gray stimulation facilitates anxiety-, but not panic-related, defensive responses in rats tested in the elevated T-maze

The escape response to electrical or chemical stimulation of the dorsal periaqueductal gray matter (DPAG) has been associated with panic attacks. In order to explore the validity of the DPAG stimulation model for the study of panic disorder, we determined if the aversive consequences of the electrical or chemical stimulation of this midbrain area can be detected subsequently in the elevated T-maze. This animal model, derived from the elevated plus-maze, permits the measurement in the same rat of a generalized anxiety- and a panic-related defensive response, i.e., inhibitory avoidance and escape, respectively. Facilitation of inhibitory avoidance, suggesting an anxiogenic effect, was detected in male Wistar rats (200-220 g) tested in the elevated T-maze 30 min after DPAG electrical stimulation (current generated by a sine-wave stimulator, frequency at 60 Hz) or after local microinjection of the GABA A receptor antagonist bicuculline (5 pmol). Previous electrical (5, 15, 30 min, or 24 h before testing) or chemical stimulation of this midbrain area did not affect escape performance in the elevated T-maze or locomotion in an open-field. No change in the two behavioral tasks measured by the elevated T-maze was observed after repetitive (3 trials) electrical stimulation of the DPAG. The results indicate that activation of the DPAG caused a short-lived, but selective, increase in defensive behaviors associated with generalized anxiety.

Resistance exercise improves hippocampus-dependent memory

It has been demonstrated that resistance exercise improves cognitive functions in humans. Thus, an animal model that mimics this phenomenon can be an important tool for studying the underlying neurophysiological mechanisms. Here, we tested if an animal model for resistance exercise was able to improve the performance in a hippocampus-dependent memory task. In addition, we also evaluated the level of insulin-like growth factor 1/insulin growth factor receptor (IGF-1/IGF-1R), which plays pleiotropic roles in the nervous system. Adult male Wistar rats were divided into three groups (N = 10 for each group): control, SHAM, and resistance exercise (RES). The RES group was submitted to 8 weeks of progressive resistance exercise in a vertical ladder apparatus, while the SHAM group was left in the same apparatus without exercising. Analysis of a cross-sectional area of the flexor digitorum longus muscle indicated that this training period was sufficient to cause muscle fiber hypertrophy. In a step-through passive avoidance task (PA), the RES group presented a longer latency than the other groups on the test day. We also observed an increase of 43 and 94% for systemic and hippocampal IGF-1 concentration, respectively, in the RES group compared to the others. A positive correlation was established between PA performance and systemic IGF-1 (r = 0.46, P < 0.05). Taken together, our data indicate that resistance exercise improves the hippocampus-dependent memory task with a concomitant increase of IGF-1 level in the rat model. This model can be further explored to better understand the effects of resistance exercise on brain functions.

Depressed nNOS expression during spine transition in the developing hippocampus of FMR1 KO mice

Nitric oxide (NO), synthesized as needed by NO synthase (NOS), is involved in spinogenesis and synaptogenesis. Immature spine morphology is characteristic of fragile X syndrome (FXS). The objective of this research was to investigate and compare changes of postnatal neuronal NOS (nNOS) expression in the hippocampus of male fragile X mental retardation 1 gene knockout mice (FMR1 KO mice, the animal model of FXS) and male wild-type mice (WT) at postnatal day 7 (P7), P14, P21, and P28. nNOS mRNA levels were analyzed by real-time quantitative PCR (N = 4-7) and nNOS protein was estimated by Western blot (N = 3) and immunohistochemistry (N = 1). In the PCR assessment, primers 5’-GTGGCCATCGTGTCCTACCATAC-3’ and 5’-GTTTCGAGGCAGGTGGAAGCTA-3’ were used for the detection of nNOS and primers 5’-CCGTTTCTCCTGGCTCAGTTTA-3’ and 5’-CCCCAATACCACATCATCCAT-3’ were used for the detection of β-actin. Compared to the WT group, nNOS mRNA expression was significantly decreased in FMR1 KO mice at P21 (KO: 0.2857 ± 0.0150, WT: 0.5646 ± 0.0657; P < 0.05). Consistently, nNOS immunoreactivity also revealed reduced staining intensity at P21 in the FMR1 KO group. Western blot analysis validated the immunostaining results by demonstrating a significant reduction in nNOS protein levels in the FMR1 KO group compared to the WT group at P21 (KO: 0.3015 ± 0.0897, WT: 1.7542 ± 0.5455; P < 0.05). These results suggest that nNOS was involved in the postnatal development of the hippocampus in FXS and impaired NO production may retard spine maturation in FXS.

Exogenous normal lymph alleviates microcirculation disturbances and abnormal hemorheological properties in rats with disseminated intravascular coagulation

Disturbances of the microcirculation and abnormal hemorheological properties are important factors that play an important role in disseminated intravascular coagulation (DIC) and result in organ dysfunction or failure. In the present study, we established an animal model of DIC using intravenous Dextran 500 in rats, and used exogenous normal lymph corresponding to 1/15 of whole blood volume for injection through the left jugular vein. We found that normal lymph could improve the blood pressure and survival time of rats with DIC. The results regarding the mesenteric microcirculation showed that the abnormality of the diameter of mesenteric microvessels and micro-blood flow speed in the DIC+lymph group was significantly less than in the DIC+saline group. Whole blood viscosity, relative viscosity, plasma viscosity, hematocrit (Hct), erythrocyte sedimentation rate (ESR), and electrophoresis time of erythrocytes were significantly increased in the DIC+saline group compared to the control group. The electrophoretic length and migration of erythrocytes from the DIC+saline and DIC+lymph groups were significantly slower than the control group. Blood relative viscosity, Hct, ESR, and electrophoretic time of erythrocytes were significantly increased in the DIC+lymph group compared to the control group. Whole blood viscosity, relative viscosity and reduced viscosity were significantly lower in the DIC+lymph group than in the DIC+saline group, and erythrocyte deformability index was also significantly higher than in the DIC+saline and control groups. These results suggest that exogenous normal lymph could markedly improve the acute microcirculation disturbance and the abnormal hemorheological properties in rats with DIC induced by Dextran 500.

Lipid peroxidation, detoxification capacity, and genome damage in mice after transplacental exposure to pharmaceutical drugs

Data on genome damage, lipid peroxidation, and levels of glutathione peroxidase (GPX) in newborns after transplacental exposure to xenobiotics are rare and insufficient for risk assessment. The aim of the current study was to analyze, in an animal model, transplacental genotoxicity, lipid peroxidation, and detoxification disturbances caused by the following drugs commonly prescribed to pregnant women: paracetamol, fluconazole, 5-nitrofurantoin, and sodium valproate. Genome damage in dams and their newborn pups transplacentally exposed to these drugs was investigated using the in vivo micronucleus (MN) assay. The drugs were administered to dams intraperitoneally in three consecutive daily doses between days 12 and 14 of pregnancy. The results were correlated, with detoxification capacity of the newborn pups measured by the levels of GPX in blood and lipid peroxidation in liver measured by malondialdehyde (HPLC-MDA) levels. Sodium valproate and 5-nitrofurantoin significantly increased MN frequency in pregnant dams. A significant increase in the MN frequency of newborn pups was detected for all drugs tested. This paper also provides reference levels of MDA in newborn pups, according to which all drugs tested significantly lowered MDA levels of newborn pups, while blood GPX activity dropped significantly only after exposure to paracetamol. The GPX reduction reflected systemic oxidative stress, which is known to occur with paracetamol treatment. The reduction of MDA in the liver is suggested to be an unspecific metabolic reaction to the drugs that express cytotoxic, in particular hepatotoxic, effects associated with oxidative stress and lipid peroxidation.

Physical exercise prevents motor disorders and striatal oxidative imbalance after cerebral ischemia-reperfusion

Stroke is the third most common cause of death worldwide, and most stroke survivors present some functional impairment. We assessed the striatal oxidative balance and motor alterations resulting from stroke in a rat model to investigate the neuroprotective role of physical exercise. Forty male Wistar rats were assigned to 4 groups: a) control, b) ischemia, c) physical exercise, and d) physical exercise and ischemia. Physical exercise was conducted using a treadmill for 8 weeks. Ischemia-reperfusion surgery involved transient bilateral occlusion of the common carotid arteries for 30 min. Neuromotor performance (open-field and rotarod performance tests) and pain sensitivity were evaluated beginning at 24 h after the surgery. Rats were euthanized and the corpora striata was removed for assay of reactive oxygen species, lipoperoxidation activity, and antioxidant markers. Ischemia-reperfusion caused changes in motor activity. The ischemia-induced alterations observed in the open-field test were fully reversed, and those observed in the rotarod test were partially reversed, by physical exercise. Pain sensitivity was similar among all groups. Levels of reactive oxygen species and lipoperoxidation increased after ischemia; physical exercise decreased reactive oxygen species levels. None of the treatments altered the levels of antioxidant markers. In summary, ischemia-reperfusion resulted in motor impairment and altered striatal oxidative balance in this animal model, but those changes were moderated by physical exercise.

Höyryturbiinin ulosvirtauskanaviston kokeellinen tutkimus pienoismallilla

Diplomityössä tutkittiin höyryturbiinin ulosvirtauskanavistojen kokeellisia tutkimusmenetelmiä ja suoritettiin käytännön mittauksia Fortum Oyj:n Loviisan ydinvoimalaitoksen höyryturbiinien huuvan pienoismallilla. Kirjallisuusselvityksen perusteella todettiin, että pienoismallitutkimuksella on ollut keskeinen asema ulosvirtauskanavistojen suunnittelussa. Kokeellisten menetelmien perusongelmana on höyryturbiinin ulosvirtausolosuhteiden jäljitteleminen. Käytetyt mittausmenetelmät perustuvat pääosin tavanomaisiin paine- ja nopeusmittauksiin. Lisäainepartikkeleihin ja laser-valaisuun perustuva PIV (particle image velocimetry) todettiin lupaavaksi menetelmäksi ulosvirtauskanavistojen tutkimuksen saralla. Työn käytännön osuudessa tehtiin mittauksia mittasuhteessa 1:8 rakennetulle höyryturbiinin huuvan pienoismallille. Mittauksilla tutkittiin virtausta mallin sisääntulo- ja ulostulotasoissa. Lisäksi mitattiin staattisen paineen jakauma huuvan sisällä. Kokonaispainetta mittaava kiel-putki todettiin käytännölliseksi työkaluksi huuvan virtauskentän tutkimuksessa. Tuloksista käy hyvin ilmi huuvan ulostuloon syntyvien pyörteiden muodostuminen ja ulostulon epätasainen nopeusjakauma. Staattinen paine huuvan sisällä havaittiin epätasaisesti jakautuneeksi. Ulostulotason ja staattisen paineen mittauksilla saadut tulokset sopivat hyvin yhteen kirjallisuudesta löytyvien tutkimustulosten kanssa ja tukevat Loviisan ulosvirtauskanavistosta aiemmin tehtyjä CFD-simulointeja.

Contamination des solutions d’hyper-alimentation intraveineuses (HAIV) néonatales, effet de l’ascorbylperoxyde au foie

Introduction : Chez les nouveau-nés prématurés, l’hyper-alimentation intraveineuse (HAIV) contribue à leur survie, mais elle est aussi une source importante de molécules oxydantes. L’absence d’une protection adéquate contre la lumière ambiante génère in vitro, via la photo-excitation de la riboflavine, du H2O2, des peroxydes organiques et un dérivé peroxydé de la vitamine C, l’ascorbylperoxyde (AscOOH). Plusieurs données du laboratoire associent l’infusion d’HAIV à des désordres lipidiques dans notre modèle animal. L’hypothèse est donc que l’AscOOH a un pouvoir oxydant et est responsable de certains des effets biologiques observés. Mes objectifs sont les suivants : 1) développer une méthode de dosage de l’AscOOH; 2) démontrer, à l’aide du modèle animal bien établi au laboratoire, des relations entre la concentration tissulaire de cette molécule et des paramètres métaboliques et l’état redox au foie et dans la circulation; et 3) confirmer l’effet physiologique de l’AscOOH dans un modèle cellulaire. Méthode : Différents étalons internes potentiels ont été testés pour le dosage de l’AscOOH par spectrométrie de masse après séparation sur HPLC (LC-MS). Les phases mobiles et conditions chromatographiques ont été optimisées. Pour l’objectif 2, des cobayes de 3 jours de vie (n=11) ont reçu par voie intraveineuse une dose d’AscOOH (entre 0 et 3,3mM). Les animaux ont été sacrifiés au 4e jour de traitement pour le prélèvement de tissus. Les concentrations tissulaires d’AscOOH ont été déterminées au LC-MS. La triglycéridémie et la cholestérolémie ont été mesurées à l’aide d’un kit commercial par spectrophotométrie. Le glutathion oxydé et réduit ont été mesurés par électrophorèse capillaire. Les relations linéaires obtenues sont exprimées par le ratio des carrés (r2), et traitées par ANOVA. Résultats : La validation du dosage de l’AscOOH par LC-MS a été réalisée. Chez les animaux, la concentration urinaire d’AscOOH par créatinine corrèle positivement avec la dose reçue, négativement avec la lipidémie, et négativement avec le redox sanguin et érythrocytaire, indiquant un milieu moins oxydé. Conclusion : La concentration urinaire d’AscOOH peut donc être un reflet de l’oxydation de l’HAIV en clinique. Nos données chez l’animal suggèrent une interaction de l’AscOOH avec le métabolisme hépatique produisant une chute de la concentration plasmatique de cholestérol et de triglycérides. Le modèle cellulaire n’a pas permis d’élucider le mécanisme moléculaire de l’action de l’AscOOH sur le métabolisme.

L’impact d’une diète néonatale déficiente en nutriments essentiels à la défense antioxydante sur le métabolisme énergétique à long terme

Les prématurés subissent un stress oxydant qui résulte d’une défense antioxydante faible et/ou d’une charge oxydante. Des données suggèrent qu’un stress oxydant peut affecter le métabolisme énergétique et mener au syndrome métabolique. Hypothèse: Une faible défense antioxydante tôt dans la vie est suffisante pour affecter le métabolisme énergétique à long terme. Méthodes: Quatre groupes de cobayes (n=21) ont reçu entre leurs 3e et 7e jours de vie une diète standard (C-1sem, C-14sem) ou une diète déficiente (DC-1sem, DC-14sem). À 7 jours, les groupes C-1sem et DC-1sem ont été sacrifiés, le plasma et le foie collectés. Les groupes C-14sem et DC-14sem ont reçu la diète standard jusqu’à 14sem de vie. La glycémie et les triglycérides plasmatiques ont été mesurés à 1, 3, 11, et 13-14sem. La tolérance au glucose a été évaluée à 13sem. Les antioxydants hépatiques et les protéines régulant le métabolisme énergétique ont été analysés à 1 et 14sem. Résultats: Un statut redox oxydé du glutathion était associé avec la diète déficiente et était maintenu oxydé au moins jusqu’à 14sem (p<0.01). Les faibles niveaux de triglycérides plasmatiques et de glycémies, ainsi qu’une meilleure tolérance au glucose à 14sem (p<0.05) étaient associés avec un statut redox plus oxydé. Conclusion: Le faible taux de glutathion observé chez les prématurés a été reproduit dans notre modèle. Puisque nos données suggèrent un rôle protecteur d’un redox plus oxydé et que l’environnement redox est un important régulateur métabolique influençant le développement, il faudrait faire attention avant d’initier des traitements antioxydants agressifs chez les prématurés.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Comparaison des mécanismes de régulation des isoformes a et b des récepteurs 5-HT4

Les actions thérapeutiques des antidépresseurs, disponibles actuellement, requièrent plusieurs semaines de traitement. Ce délai est dû aux adaptations des sites pré et post-synaptiques qui, respectivement, augmentent la disponibilité synaptique des monoamines sérotonine et noradrénaline (5-HT et NA), et entraînent les changements neuroplastiques modifiant la fonction neuronales dans les régions limbiques. Il a été récemment observé, chez un modèle animal de dépression, que l’agoniste RS67333 des récepteurs sérotoninergiques de type 5-HT4 produisait des changements comportementaux, électrophysiologiques, cellulaires et biochimiques, tel qu’observé chez les antidépresseurs. Ces changements apparaissent seulement après 3 jours de traitement tandis que les antidépresseurs nécessitent souvent plusieurs semaines. De plus, l’activation des récepteurs 5-HT4 ne générait pas de tolérance, et cela pendant 21 jours de traitement. Seulement, les propriétés de signalisation et de régulation de ces récepteurs sont très loin d’êtres établies. Nous avons alors voulu mieux caractériser ces deux aspects de leur fonction, en se concentrant d’avantage sur les isoformes a et b, fortement exprimés dans le système limbique. Pour cela, nous avons voulu évaluer d’abord leur capacité de production d’AMPc dans un système hétérologue. Les essais d’accumulation d’AMPc démontrent que les deux isoformes sont capables de moduler positivement et négativement des niveaux d’AMPc en présence de 5-HT. Par contre, la stimulation au RS67333 induit seulement une augmentation du niveau d’AMPc dans les deux cas. Ensemble, ces observations indiquent que les deux isoformes sont capables de coupler à l’adénylate cyclase à travers les protéines Gαs et Gαi. La quantification des récepteurs internalisés a montré que l’isoforme b internalisait plus efficacement que l’isoforme a suite à l’incubation à la 5-HT (61 ± 3 % pour le b vs 40 ± 2 % pour le a). Les protéines kinases PKA et PKC n’étaient pas impliquées dans cette différence, toutefois, la PKC a été trouvée essentielle à l’internalisation des deux isoformes. L’internalisation de l’isoforme b par 5-HT n’a pas été affecté par la surexpression de forme inactive de GRK2 (GRK2- K220R) et a été partiellement inhibé par un mutant négative de la β-arrestine (βarr(319-418)), tandis que l’internalisation de l’isoforme a a été bloquée par les deux. Ces observations indiquent que les mécanismes d’internalisation des deux isoformes du récepteur 5-HT4 les plus abondants dans le système nerveux central sont distincts. Des comportements spécifiques à chaque isoforme ont aussi été constatés au niveau de la régulation fonctionnelle suite à l’exposition au RS67333, qui désensibilise seulement l’isoforme b. D’après nos observations, nous avons conclu que les isoformes a et b diffèrent dans leur propriétés de signalisation et de régulation. L’incapacité du RS67333 à désensibiliser l’isoforme a fournit un substrat moléculaire pour les effets antidépressifs prolongés de cet agoniste dans les études pré-cliniques.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.