Analysis of trophic responses in lesioned brain: focus on basic fibroblast growth factor mechanisms

The actions of fibroblast growth factors (FGFs), particularly the basic form (bFGF), have been described in a large number of cells and include mitogenicity, angiogenicity and wound repair. The present review discusses the presence of the bFGF protein and messenger RNA as well as the presence of the FGF receptor messenger RNA in the rodent brain by means of semiquantitative radioactive in situ hybridization in combination with immunohistochemistry. Chemical and mechanical injuries to the brain trigger a reduction in neurotransmitter synthesis and neuronal death which are accompanied by astroglial reaction. The altered synthesis of bFGF following brain lesions or stimulation was analyzed. Lesions of the central nervous system trigger bFGF gene expression by neurons and/or activated astrocytes, depending on the type of lesion and time post-manipulation. The changes in bFGF messenger RNA are frequently accompanied by a subsequent increase of bFGF immunoreactivity in astrocytes in the lesioned pathway. The reactive astrocytes and injured neurons synthesize increased amount of bFGF, which may act as a paracrine/autocrine factor, protecting neurons from death and also stimulating neuronal plasticity and tissue repair

Multiple factor analysis of metachronous upper urinary tract transitional cell carcinoma after radical cystectomy

Transitional cell carcinoma (TCC) of the urothelium is often multifocal and subsequent tumors may occur anywhere in the urinary tract after the treatment of a primary carcinoma. Patients initially presenting a bladder cancer are at significant risk of developing metachronous tumors in the upper urinary tract (UUT). We evaluated the prognostic factors of primary invasive bladder cancer that may predict a metachronous UUT TCC after radical cystectomy. The records of 476 patients who underwent radical cystectomy for primary invasive bladder TCC from 1989 to 2001 were reviewed retrospectively. The prognostic factors of UUT TCC were determined by multivariate analysis using the COX proportional hazards regression model. Kaplan-Meier analysis was also used to assess the variable incidence of UUT TCC according to different risk factors. Twenty-two patients (4.6%). developed metachronous UUT TCC. Multiplicity, prostatic urethral involvement by the bladder cancer and the associated carcinoma in situ (CIS) were significant and independent factors affecting the occurrence of metachronous UUT TCC (P = 0.0425, 0.0082, and 0.0006, respectively). These results were supported, to some extent, by analysis of the UUT TCC disease-free rate by the Kaplan-Meier method, whereby patients with prostatic urethral involvement or with associated CIS demonstrated a significantly lower metachronous UUT TCC disease-free rate than patients without prostatic urethral involvement or without associated CIS (log-rank test, P = 0.0116 and 0.0075, respectively). Multiple tumors, prostatic urethral involvement and associated CIS were risk factors for metachronous UUT TCC, a conclusion that may be useful for designing follow-up strategies for primary invasive bladder cancer after radical cystectomy.

Anti-tumor necrosis factor-a for the treatment of steroid-refractory acute graft-versus-host disease

Allogeneic stem cell transplantation has been increasingly performed for a variety of hematologic diseases. Clinically significant acute graft-versus-host disease (GVHD) occurs in 9 to 50% of patients who receive allogeneic grafts, resulting in high morbidity and mortality. There is no standard therapy for patients with acute GVHD who do not respond to steroids. Studies have shown a possible benefit of anti-TNF-a (infliximab)for the treatment of acute GVHD. We report here on the outcomes of 10 recipients of related or unrelated stem cell transplants who received 10 mg/kg infliximab, iv, once weekly for a median of 3.5 doses (range: 1-6) for the treatment of severe acute GVHD and who were not responsive to standard therapy. All patients had acute GVHD grades II to IV (II = 2, III = 3, IV = 5). Overall, 9 patients responded and 1 patient had progressive disease. Among the responders, 3 had complete responses and 6 partial responses. All patients with cutaneous or gastrointestinal involvement responded, while only 2 of 6 patients with liver disease showed any response. None of the 10 patients had any kind of immediate toxicity. Four patients died, all of them with sepsis. Six patients are still alive after a median follow-up time of 544 days (92-600) after transplantation. Considering the severity of the cases and the bad prognosis associated with advanced acute GVHD, we find our results encouraging. Anti-TNF-a seems to be a useful agent for the treatment of acute GVHD.

Stem cell factor protects against neuronal apoptosis by activating AKT/ERK in diabetic mice

Neuronal apoptosis occurs in the diabetic brain due to insulin deficiency or insulin resistance, both of which reduce the expression of stem cell factor (SCF). We investigated the possible involvement of the activation of the MAPK/ERK and/or AKT pathways in neuroprotection by SCF in diabetes. Male C57/B6 mice (20-25 g) were randomly divided into four groups of 10 animals each. The morphology of the diabetic brain in mice treated or not with insulin or SCF was evaluated by H&E staining and TUNEL. SCF, ERK1/2 and AKT were measured by Western blotting. In diabetic mice treated with insulin or SCF, there was fewer structural change and apoptosis in the cortex compared to untreated mice. The apoptosis rate of the normal group, the diabetic group receiving vehicle, the diabetic group treated with insulin, and the diabetic group treated with SCF was 0.54 ± 0.077%, 2.83 ± 0.156%, 1.86 ± 0.094%, and 1.78 ± 0.095% (mean ± SEM), respectively. SCF expression was lower in the diabetic cortex than in the normal cortex; however, insulin increased the expression of SCF in the diabetic cortex. Furthermore, expression of phosphorylated ERK1/2 and AKT was decreased in the diabetic cortex compared to the normal cortex. However, insulin or SCF could activate the phosphorylation of ERK1/2 and AKT in the diabetic cortex. The results suggest that SCF may protect the brain from apoptosis in diabetes and that the mechanism of this protection may, at least in part, involve activation of the ERK1/2 and AKT pathways. These results provide insight into the mechanisms by which SCF and insulin exert their neuroprotective effects in the diabetic brain.

Changes in circulating endothelial progenitor cells predict responses of multiple myeloma patients to treatment with bortezomib and dexamethasone

Four cycles of chemotherapy are required to assess responses of multiple myeloma (MM) patients. We investigated whether circulating endothelial progenitor cells (cEPCs) could be a biomarker for predicting patient response in the first cycle of chemotherapy with bortezomib and dexamethasone, so patients might avoid ineffective and costly treatments and reduce exposure to unwanted side effects. We measured cEPCs and stromal cell-derived factor-1α (SDF-1α) in 46 MM patients in the first cycle of treatment with bortezomib and dexamethasone, and investigated clinical relevance based on patient response after four 21-day cycles. The mononuclear cell fraction was analyzed for cEPC by FACS analysis, and SDF-1α was analyzed by ELISA. The study population was divided into 3 groups according to the response to chemotherapy: good responders (n=16), common responders (n=12), and non-responders (n=18). There were no significant differences among these groups at baseline day 1 (P>0.05). cEPC levels decreased slightly at day 21 (8.2±3.3 cEPCs/μL) vs day 1 (8.4±2.9 cEPCs/μL) in good responders (P>0.05). In contrast, cEPC levels increased significantly in the other two groups (P<0.05). SDF-1α changes were closely related to changes in cEPCs. These findings indicate that change in cEPCs at day 21 in the first cycle might be considered a noninvasive biomarker for predicting a later response, and extent of change could help decide whether to continue this costly chemotherapy. cEPCs and the SDF-1α/CXCR4 axis are potential therapeutic targets for improved response and outcomes in MM patients.

Follicular helper T cell in immunity and autoimmunity

The traditional concept that effector T helper (Th) responses are mediated by Th1/Th2 cell subtypes has been broadened by the recent demonstration of two new effector T helper cells, the IL-17 producing cells (Th17) and the follicular helper T cells (Tfh). These new subsets have many features in common, such as the ability to produce IL-21 and to express the IL-23 receptor (IL23R), the inducible co-stimulatory molecule ICOS, and the transcription factor c-Maf, all of them essential for expansion and establishment of the final pool of both subsets. Tfh cells differ from Th17 by their ability to home to B cell areas in secondary lymphoid tissue through interactions mediated by the chemokine receptor CXCR5 and its ligand CXCL13. These CXCR5+ CD4+ T cells are considered an effector T cell type specialized in B cell help, with a transcriptional profile distinct from Th1 and Th2 cells. The role of Tfh cells and its primary product, IL-21, on B-cell activation and differentiation is essential for humoral immunity against infectious agents. However, when deregulated, Tfh cells could represent an important mechanism contributing to exacerbated humoral response and autoantibody production in autoimmune diseases. This review highlights the importance of Tfh cells by focusing on their biology and differentiation processes in the context of normal immune response to infectious microorganisms and their role in the pathogenesis of autoimmune diseases.

L’implication du Stromal Cell-derived Factor-1 alpha dans le remodelage cardiaque une semaine après un infarctus du myocarde

L’injection de cellules souches provenant de la moelle osseuse est reconnue pour améliorer la fonction ventriculaire ainsi que le remodelage cicatriciel après un infarctus du myocarde (IM). Le Stromal Cell-derived factor-1 alpha (SDF-1 alpha), une chimiokine induite par l’ischémie cardiaque, représente une grande importance en raison de son rôle dans le recrutement de cellules inflammatoires et de cellules souches de la moelle osseuse vers les sites endommagés. Quoique les recherches sur le rôle de la chimiokine SDF-1 alpha dans le remodelage ventriculaire se multiplient, son implication dans la phase aiguë du remodelage reste inexplorée. Le but de la présente étude est de déterminer l’effet du SDF-1 alpha sur la taille de la cicatrice, l’hypertrophie cardiaque ainsi que la fonction ventriculaire chez des rats et des souris une semaine après un IM. La stratégie utilisée implique l’administration de l’AMD3100 (1 mg/kg, 24 heures après l’IM, pendant 6 jours), l’antagoniste sélectif du récepteur du SDF-1 alpha, le CXCR4. Ce récepteur est couplé à une protéine G alpha i et induit la migration et la prolifération cellulaire. Chez les rats du groupe IM, l’expression de la chimiokine a été détectée surtout dans les cellules musculaires lisses et les cellules endothéliales des vaisseaux cicatriciels. Le profil d’expression de la chimiokine dans le cœur infarci indique un gradient de concentration vers la cicatrice. Une semaine après l’IM, le traitement avec l’AMD3100 a diminué la taille de la cicatrice, résultant en une amélioration de la fonction ventriculaire et une diminution de l’élévation de l’expression de l’ARNm de l’ANP dans le ventricule gauche non infarci (VGNI). Chez les souris, le traitement avec l’AMD3100 a engendré les mêmes effets, soit une diminution de la taille de la cicatrice ainsi qu’une amélioration de la fonction ventriculaire. La réduction de la taille de la région infarcie chez les souris traitées avec l’AMD3100 est associée avec une atténuation de l’infiltration des neutrophiles dans la région ischémique. Ces résultats suggèrent que le blocage pharmacologique de l’axe SDF-1 alpha/CXCR4 lors de la phase aiguë du remodelage ventriculaire après un IM diminue la taille de la cicatrice et améliore la fonction ventriculaire, en partie, par la diminution de la réaction inflammatoire.

Growth factor activation of ErbB2/ErbB3 signaling pathways regulate the activity of Estrogen Receptors (ER)

La signalisation par l’estrogène a longtemps été considérée comme jouant un rôle critique dans le développement et la progression des cancers hormono-dépendants tel que le cancer du sein. Deux tiers des cancers du sein expriment le récepteur des estrogènes (ER) qui constitue un élément indiscutable dans cette pathologie. L’acquisition d’une résistance endocrinienne est cependant un obstacle majeur au traitement de cette forme de cancer. L’émergence de cancers hormono-indépendants peut est produite par l’activation de ER en absence d’estrogène, l’hypersensibilité du récepteur aux faibles concentrations plasmique d’estrogène ainsi que l’activation de ER par des modulateurs sélectifs. L’activité du ER est fortement influencée par l’environnement cellulaire tel que l’activation de voie de signalisation des facteurs de croissances, la disponibilité de protéines co-régulatrices et des séquences promotrices ciblées. Présentement, les études ont principalement considérées le rôle de ERα, cependant avec la découverte de ERβ, notre compréhension de la diversité des mécanismes potentiels impliquant des réponses ER-dépendantes s’est améliorée. L’activation des voies des kinases par les facteurs de croissance entraîne le développement d’un phénotype tumoral résistant aux traitements actuels. Nos connaissances des voies impliquées dans l’activation de ER sont restreintes. ERα est considéré comme le sous-type dominant et corrèle avec la plupart des facteurs de pronostic dans le cancer du sein. Le rôle de ERβ reste imprécis. Les résultats présentés dans cette thèse ont pour objectif de mieux comprendre l’implication de ERβ dans la prolifération cellulaire par l’étude du comportement de ERβ et ERα suite à l’activation des voies de signalisation par les facteurs de croissance. Nous démontrons que l’activation des récepteurs de surfaces de la famille ErbB, spécifiquement ErbB2/ErbB3, inhibe l’activité transcriptionnelle de ERβ, malgré la présence du coactivateur CBP, tout en activant ERα. De plus, l’inhibition de ERβ est attribuée à un résidu sérine (Ser-255) situé dans la région charnière, absente dans ERα. Des études supplémentaires de ErbB2/ErbB3 ont révélé qu’ils activent la voie PI3K/Akt ciblant à son tour la Ser-255. En effet, cette phosphorylation de ERβ par PI3K/Akt induit une augmentation de l’ubiquitination du récepteur qui promeut sa dégradation par le système ubiquitine-protéasome. Cette dégradation est spécifique pour ERβ. De façon intéressante, la dégradation par le protéasome requiert la présence du coactivateur CBP normalement requis pour l’activité transcriptionnelle des récepteurs nucléaires. Malgré le fait que l’activation de la voie PI3K/Akt corrèle avec une diminution de l’expression des gènes sous le contrôle de ERβ, on observe une augmentation de la prolifération des cellules cancéreuses. L’inhibition de la dégradation de ERβ réduit cette prolifération excessive causée par le traitement avec Hrgβ1, un ligand de ErbB3. Un nombre croissant d’évidences indique que les voies de signalisations des facteurs de croissance peuvent sélectivement réguler l’activité transcriptionnelle de sous-types de ER. De plus, le ratio ERα/ERβ dans les cancers du sein devient un outil de diagnostique populaire afin de déterminer la sévérité d’une tumeur. En conclusion, la caractérisation moléculaire du couplage entre la signalisation des facteurs de croissance et la fonction des ERs permettra le développement de nouveaux traitements afin de limiter l’apparition de cellules tumorales résistantes aux thérapies endocriniennes actuelles.

The BTB/POZ Transcription Factor Miz-1 Is Required To Regulate The Commitment, Survival And Differentiation Of Early B And T Cell Lineages

Les lymphocytes B et T sont issus de cellules progénitrices lymphoïdes de la moelle osseuse qui se différencient grâce à l’action de facteurs de transcription, cytokines et voies de signalisation, dont l’interleukine-7 (IL-7)/IL-7 récepteur (IL-7R). Le facteur de transcription c-Myc est exprimé par les cellules lymphoïdes et contrôle leur croissance et leur différenciation. Cette régulation transcriptionnelle peut être coordonnée par le complexe c-Myc/Myc-Interacting Zinc finger protein-1 (Miz-1). Le but de ce projet était de comprendre les mécanismes qui impliquent Miz-1 et le complexe c-Myc/Miz-1 dans le développement des lymphocytes B et T. Pour réaliser ce projet, des souris déficientes pour le domaine de transactivation de Miz-1 (Miz-1POZ) et des souris à allèles mutantes pour c-MycV394D, mutation qui empêche l’interaction avec Miz-1, ont été générées. La caractérisation des souris Miz 1POZ a démontré que l’inactivation de Miz-1 perturbe le développement des lymphocytes B et T aux stades précoces de leur différenciation qui dépend de l’IL-7. L’analyse de la cascade de signalisation IL-7/IL-7R a montré que ces cellules surexpriment la protéine inhibitrice SOCS1 qui empêche la phosphorylation de STAT5 et perturbe la régulation à la hausse de la protéine de survie Bcl-2. De plus, Miz-1 se lie directement au promoteur de SOCS1 et contrôle son activité. En plus de contrôler l’axe IL-7/IL-7R/STAT5/Bcl-2 spécifiquement aux stades précoces du développement afin d’assurer la survie des progéniteurs B et T, Miz-1 régule l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B afin de coordonner les signaux nécessaires pour la différenciation des cellules immatures. La caractérisation des souris c-MycV394D a montré, quant à elle, que les fonctions de Miz-1 dans les cellules B et T semblent indépendantes de c-Myc. Les cellules T des souris Miz-1POZ ont un défaut de différenciation additionnel au niveau de la -sélection, étape où les signaux initiés par le TCR remplacent ceux induits par IL-7 pour assurer la prolifération et la différenciation des thymocytes en stades plus matures. À cette étape du développement, une forme fonctionnelle de Miz-1 semble être requise pour contrôler le niveau d’activation de la voie p53, induite lors du processus de réarrangement V(D)J du TCR. L’expression de gènes pro-apoptotiques PUMA, NOXA, Bax et du régulateur de cycle cellulaire p21CIP1 est régulée à la hausse dans les cellules des souris Miz-1POZ. Ceci provoque un débalancement pro-apoptotique qui empêche la progression du cycle cellulaire des cellules TCR-positives. La survie des cellules peut être rétablie à ce stade de différenciation en assurant une coordination adéquate entre les signaux initiés par l’introduction d’un TCR transgénique et d’un transgène codant pour la protéine Bcl-2. En conclusion, ces études ont montré que Miz-1 intervient à deux niveaux du développement lymphoïde: l’un précoce en contrôlant la signalisation induite par l’IL-7 dans les cellules B et T, en plus de l’axe EBF/Pax-5/Rag-1/2 dans les cellules B; et l’autre tardif, en coordonnant les signaux de survie issus par le TCR et p53 dans les cellules T. Étant donné que les thymocytes et lymphocytes B immatures sont sujets à plusieurs rondes de prolifération, ces études serviront à mieux comprendre l’implication des régulateurs du cycle cellulaire comme c-Myc et Miz-1 dans la génération des signaux nécessaires à la différenciation non aberrante et à la survie des ces cellules. Enfin, les modèles expérimentaux, souris déficientes ou à allèles mutantes, utilisés pour ce travail permettront de mieux définir les bases moléculaires de la transformation maligne des lymphocytes B et T et de révéler les mécanismes conduisant au lymphome.

The role of transforming growth factor-beta 1 in steroidogenesis, cell proliferation, and apoptosis in cultured bovine granulosa cells

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

The role of transcription factor Nrf2 in osteoarthritis

Introduction: L'arthrose est caractérisée par une destruction progressive du cartilage, une inflammation synoviale, et un remodelage de l’os sous-chondral avec une production excessive des médiateurs inflammatoires et cataboliques. Nous avons démontré que le niveau du 4-hydroxynonénal (4-HNE), un produit de la peroxydation lipidique, est augmenté dans le cartilage humain arthrosique sans qu’on sache le mécanisme exacte impliqué dans l’augmentation de cette molécule. Des données de la littérature indiquent que l’accumulation du HNE est contrôlée par l’action de la glutathione S-transférase A4-4 (GSTA4-4), une enzyme impliquée dans la détoxification du HNE. Au niveau transcriptionel, l’expression de cette enzyme est régulée par la transactivation du facteur de transcription Nrf2. Objectif: L’objectif de cette étude vise à démontrer que l’augmentation du HNE dans le cartilage arthrosique est attribuée, en partie, à l’altération de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2. Méthode: Le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 a été mesurée par Western blot et par PCR en temps réel dans le cartilage humain arthrosique et dans le cartilage provenant des souris atteintes d’arthrose. Pour démontrer le rôle du Nrf2 dans l’arthrose, les chondrocytes humains arthrosiques ont été traités par l’interleukine 1beta (IL-1β) ou par le H2O2 en présence ou en absence des activateurs du Nrf2 tels que le Protandim®, AI, et du 6-Gingérol. Par ailleurs, les chondrocytes ont été transfectés par un vecteur d’expression de Nrf2 puis traités par l’IL-β. En utilisant le modèle d’arthrose chez la souris, les animaux ont été traités par voie orale de 10 mg/kg/jour de Protandim® pendant 8 semaines. Résultats: Nous avons observé une diminution significative de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 dans le cartilage humain et murin arthrosique. L'activation de Nrf2 bloque la stimulation de la métalloprotéinase-13 (MMP-13), la prostaglandine E2 (PGE2) et de l'oxyde nitrique (NO) par l’IL-1β. En outre, nous avons montré que l'activation Nrf2 protège les cellules contre la mort cellulaire induite par H2O2. Fait intéressant, l'administration orale de Protandim® réduit la production du HNE par l'intermédiaire de l’activation de la GSTA4. Nous avons démontré que le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 diminue dans le cartilage provenant des patients et des souris atteints d’arthrose. De plus, la surexpression de ce facteur nucléaire Nrf2 empêche la production du HNE et la MMP-13 et l’inactivation de la GSTA4-4. Dans notre modèle expérimental d’arthrose induite par déstabilisation du ménisque médial chez la souris, nous avons trouvé que l'administration orale de Protandim® à 10 mg / kg / jour réduit les lésions du cartilage. Conclusion: Cette étude est de la première pour démontrer le rôle physiopathologique du Nrf2 in vitro et in vivo. Nos résultats démontrent que l’activation du Nrf2 est essentielle afin de maintenir l’expression de la GSTA4-4 et de réduire le niveau du HNE. Le fait que les activateurs du Nrf2 abolissent la production de la HNE et aussi un certain nombre de facteurs connus pour être impliqués dans la pathogenèse de l’arthrose les rend des agents cliniquement utiles pour la prévention de la maladie.

Early growth response protein 1 (Egr-1) expression by Insulin-like growth factor 1 (IGF-1) involves MAPKs and PKB pathways

Un remodelage vasculaire anormal est à la base de la pathogenèse des maladies cardio-vasculaires (MCV) telles que l’athérosclérose et l’hypertension. Des dysfonctionnements au niveau de la migration, l’hypertrophie et la prolifération des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) sont des évènements cellulaires qui jouent un rôle primordial dans le remodelage vasculaire. L’insulin-like growth factor 1 (IGF-1), puissant facteur mitogène, contribue au développement des MCV, notamment via l’activation des protéines MAPK et PI3-K/PKB, composantes clés impliquées dans les voies de croissance cellulaire. Ces molécules sont également impliquées dans la modulation de l’expression de nombreux facteurs de transcription, incluant le facteur Egr-1. Egr-1 est régulé à la hausse dans différents types de maladies vasculaires impliquant les voies de signalisation de croissance et de stress oxydant qui par ailleurs peuvent être déclenchées par l’IGF-1. Cependant, la question d’une possible modulation de l’expression d’Egr-1 dans les CMLV demeure inabordée; plus spécifiquement, la caractérisation de la voie de signalisation reliant l’action d’IGF-1 à l’expression d’Egr-1 reste à établir. Dans cette optique, l’objectif de cette étude a été d’examiner l’implication de MAPK, PKB et des dérivés réactifs de l’oxygène (DRO) dans l’expression d’Egr-1 induite par l’IGF-1 dans les CMLV. L’IGF-1 a induit une augmentation marquée du niveau protéique de l’Egr-1 en fonction du temps et de la concentration utilisés. Cette augmentation a été inhibée en fonction des doses d’agents pharmacologiques qui ciblent les voies de signalisation de MAPK, PKB et DRO. De plus, l’expression du facteur de transcription, Egr-1, en réponse de l’IGF-1, a été atténuée suite à un blocage pharmacologique des processus cellulaires responsables de la synthèse d’ARN et de synthèse protéique. Pour conclure, on a démontré que l’IGF-1 stimule l’expression d’Egr-1 via les voies de signalisation, impliquant ERK1/2/JNK, PI3K/PKB. On a également proposé que les DRO jouent un rôle important dans ce processus. Dans l’ensemble, nous avons suggéré un nouveau mécanisme par lequel l’IGF-1 promeut la prolifération et l’hypertrophie cellulaire, processus à la base des anomalies vasculaires.

Signaling of Pigment-Dispersing Factor (PDF) in the Madeira Cockroach Rhyparobia maderae

The insect neuropeptide pigment-dispersing factor (PDF) is a functional ortholog of vasoactive intestinal polypeptide, the coupling factor of the mammalian circadian pacemaker. Despite of PDF's importance for synchronized circadian locomotor activity rhythms its signaling is not well understood. We studied PDF signaling in primary cell cultures of the accessory medulla, the circadian pacemaker of the Madeira cockroach. In Ca2+ imaging studies four types of PDF-responses were distinguished. In regularly bursting type 1 pacemakers PDF application resulted in dose-dependent long-lasting increases in Ca2+ baseline concentration and frequency of oscillating Ca2+ transients. Adenylyl cyclase antagonists prevented PDF-responses in type 1 cells, indicating that PDF signaled via elevation of intracellular cAMP levels. In contrast, in type 2 pacemakers PDF transiently raised intracellular Ca2+ levels even after blocking adenylyl cyclase activity. In patch clamp experiments the previously characterized types 1–4 could not be identified. Instead, PDF-responses were categorized according to ion channels affected. Application of PDF inhibited outward potassium or inward sodium currents, sometimes in the same neuron. In a comparison of Ca2+ imaging and patch clamp experiments we hypothesized that in type 1 cells PDF-dependent rises in cAMP concentrations block primarily outward K+ currents. Possibly, this PDF-dependent depolarization underlies PDF-dependent phase advances of pacemakers. Finally, we propose that PDF-dependent concomitant modulation of K+ and Na+ channels in coupled pacemakers causes ultradian membrane potential oscillations as prerequisite to efficient synchronization via resonance.