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.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic systems during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Interactions between the cholinergic and dopaminergic system during the production of ultrasonic vocalizations in rats

Rats produce ultrasonic vocalizations that can be categorized into two types of ultrasonic calls based on their sonographic structure. One group contains 22-kHz ultrasonic vocalization (USVs), characterized by relatively constant (flat) frequency with peak frequency ranging from 19 to 28-kHz, and a call duration ranging between 100 – 3000 ms. These vocalization can be induced by cholinomimetic agents injected into the ascending mesolimbic cholinergic system that terminates in the anterior hypothalamic-preoptic area (AH-MPO) and lateral septum (LS). The other group of USVs contains 50-kHz USVs, characterized by high peak frequency, ranging from 39 to 90-kHz, short duration ranging from 10-90 ms, and varying frequency and complex sonographic morphology. These vocalizations can be induced by dopaminergic agents injected into the nucleus accumbens, the target area for the mesolimbic dopaminergic system. 22-kHz USVs are emitted in situations that are highly aversive, such as proximity of a predator or anticipation of a foot shock, while 50 kHz USVs are emitted in rewarding and appetitive situations, such as juvenile play behaviour or anticipation of rewarding electrical brain stimulation. The activities of these two mesolimbic systems were postulated to be antagonistic to each other. The current thesis is focused on the interaction of these systems indexed by emission of relevant USVs. It was hypothesized that emission of 22 kHz USVs will be antagonized by prior activation of the dopaminergic system while emission of 50 kHz will be antagonized by prior activation of the cholinergic system. It was found that injection of apomorphine into the shell of the nucleus accumbens significantly decreased the number of carbachol-induced 22 kHz USVs from both AH-MPO and LS. Injection of carbachol into the LS significantly decreased the number of apomorphine-induced 50 kHz USVs from the shell of the nucleus accumbens. The results of the study supported the main hypotheses that the mesolimbic dopaminergic and cholinergic systems function in antagonism to each other.

Beta2-agonists use during pregnancy and the risk of congenital malformations

Selon les lignes directrices de traitement de l'asthme pendant la grossesse, les beta2-agonistes inhalés à courte durée d’action (SABA) sont les médicaments de choix pour tous les types d’asthme [intermittent, persistant, léger, modéré et sévère] comme médicaments de secours rapide et dans la gestion des exacerbations aiguës. D’autre part, les beta2-agonistes inhalés à longue durée d’action (LABA) sont utilisés pour les patients atteints d'asthme persistant, modéré à sévère, qui ne sont pas entièrement contrôlés par des corticostéroïdes inhalés seuls. Malgré que plusieurs études aient examinées l’association entre les LABA, les SABA et les malformations congénitales chez les nouveau-nés, les risques réels restent controversés en raison de résultats contradictoires et des difficultés inhérentes à la réalisation d'études épidémiologiques chez les femmes enceintes. L'objectif de cette étude était d'évaluer l'association entre l'exposition maternelle aux SABA et LABA pendant le premier trimestre de grossesse et le risque de malformations congénitales chez les nouveau-nés de femmes asthmatiques. Une cohorte de grossesses de femmes asthmatiques ayant accouchées entre le 1er janvier 1990 et le 31 décembre 2002 a été formée en croisant trois banques de données administratives de la province de Québec (Canada). Les issues principales de cette étude étaient les malformations congénitales majeures de touts types. Comme issues secondaires, nous avons considéré des malformations congénitales spécifiques. L'exposition principale était la prise de SABA et/ou de LABA au cours du premier trimestre de grossesse. L'exposition secondaire étudiée était le nombre moyen de doses de SABA par semaine au cours du premier trimestre. L'association entre les malformations congénitales et la prise de SABA et de LABA a été évaluée en utilisant des modèles d’équations généralisées (GEE) en ajustant pour plusieurs variables confondantes reliées à la grossesse, l’asthme de la mère et la santé de la mère et du foetus. Dans la cohorte formée de 13 117 grossesses de femmes asthmatiques, nous avons identifié 1 242 enfants avec une malformation congénitale (9,5%), dont 762 avaient une malformation majeure (5,8%). Cinquante-cinq pour cent des femmes ont utilisé des SABA et 1,3% ont utilisé des LABA pendant le premier trimestre. Les rapports de cotes ajustées (IC à 95%) pour une malformation congénitale associée à l'utilisation des SABA et des LABA étaient de 1,0 (0,9-1,2) et 1,3 (0,9-2,1), respectivement. Les résultats correspondants étaient de 0,9 (0,8-1,1) et 1,3 (0,8-2,4) pour les malformations majeures. Concernant le nombre moyen de doses de SABA par semaine, les rapports de cotes ajustées (IC à 95%) pour une malformation congénitale était de 1.1 (1.0-1.3), 1.1 (0.9-1.3), et 0.9 (0.7-1.1) pour les doses >0-3, >3-10, and >10 respectivement. Les résultats correspondants étaient de 1.0 (0.8-1.2), 0.8 (0.7-1.1), et 0.7 (0.5-1.0) pour les malformations majeures. D'autre part, des rapports de cotes (IC à 95%) statistiquement significatifs ont été observés pour les malformations cardiaques (2.4 (1.1-5.1)), les malformations d'organes génitaux (6.8 (2.6-18.1)), et d'autres malformations congénitales (3.4 (1.4 à 8.5)), en association avec les LABA pris pendant le premier trimestre. Notre étude procure des données rassurantes pour l’utilisation des SABA pendant la grossesse, ce qui est en accord avec les lignes directrices de traitement de l’asthme. Toutefois, d'autres études sont nécessaires avant de pouvoir se prononcer sur l’innocuité des LABA pendant la grossesse.

Plasticity of neuroanatomical relationships between cholinergic and dopaminergic axon varicosities and pyramidal cells in the rat medial prefrontal cortex

Les systèmes cholinergique et dopaminergique jouent un rôle prépondérant dans les fonctions cognitives. Ce rôle est exercé principalement grâce à leur action modulatrice de l’activité des neurones pyramidaux du cortex préfrontal. L’interaction pharmacologique entre ces systèmes est bien documentée mais les études de leurs interactions neuroanatomiques sont rares, étant donné qu’ils sont impliqués dans une transmission diffuse plutôt que synaptique. Ce travail de thèse visait à développer une expertise pour analyser ce type de transmission diffuse en microscopie confocale. Nous avons étudié les relations de microproximité entre ces différents systèmes dans le cortex préfrontal médian (mPFC) de rats et souris. En particulier, la densité des varicosités axonales en passant a été quantifiée dans les segments des fibres cholinergiques et dopaminergiques à une distance mutuelle de moins de 3 µm ou à moins de 3 µm des somas de cellules pyramidales. Cette microproximité était considérée comme une zone d’interaction probable entre les éléments neuronaux. La quantification était effectuée après triple-marquage par immunofluorescence et acquisition des images de 1 µm par microscopie confocale. Afin d’étudier la plasticité de ces relations de microproximité, cette analyse a été effectuée dans des conditions témoins, après une activation du mPFC et dans un modèle de schizophrénie par déplétion des neurones cholinergiques du noyau accumbens. Les résultats démontrent que 1. Les fibres cholinergiques interagissent avec des fibres dopaminergiques et ce sur les mêmes neurones pyramidaux de la couche V du mPFC. Ce résultat suggère différents apports des systèmes cholinergique et dopaminergique dans l’intégration effectuée par une même cellule pyramidale. 2. La densité des varicosités en passant cholinergiques et dopaminergiques sur des segments de fibre en microproximité réciproque est plus élevée comparé aux segments plus distants les uns des autres. Ce résultat suggère un enrichissement du nombre de varicosités axonales dans les zones d’interaction. 3. La densité des varicosités en passant sur des segments de fibre cholinergique en microproximité de cellules pyramidales, immunoúactives pour c-Fos après une stimulation visuelle et une stimulation électrique des noyaux cholinergiques projetant au mPFC est plus élevée que la densité des varicosités de segments en microproximité de cellules pyramidales non-activées. Ce résultat suggère un enrichissement des varicosités axonales dépendant de l’activité neuronale locale au niveau de la zone d'interaction avec d'autres éléments neuronaux. 4. La densité des varicosités en passant des fibres dopaminergiques a été significativement diminuée dans le mPFC de rats ayant subi une déplétion cholinergique dans le noyau accumbens, comparée aux témoins. Ces résultats supportent des interrelations entre la plasticité structurelle des varicosités dopaminergiques et le fonctionnement cortical. L’ensemble des donneès démontre une plasticité de la densité locale des varicosités axonales en fonction de l’activité neuronale locale. Cet enrichissement activité-dépendant contribue vraisemblablement au maintien d’une interaction neurochimique entre deux éléments neuronaux.

Nur77 au sein des désordres dopaminergiques inhérents à la schizophrénie, la maladie de Parkinson ou la dépendance aux drogues d'abus

Cette thèse vise à mieux comprendre le rôle du facteur de transcription Nur77 au sein des fonctions physiologiques et pathologiques des voies de neurotransmission dopaminergiques des gaglions de la base. Nous basant sur une implication motrice de Nur77 au sein des dyskinésies induites à la L-DOPA (LIDs), nous avons voulu tester in vivo son implication éventuelle dans les phénomènes moteurs et de sensibilisation associés à l’amphétamine ainsi qu’une implication possible du récepteur nucléaire aux rétinoïdes RXR dont nous avons déjà démontré une implication dans les effets moteurs des antipsychotiques. Un deuxième volet de la recherche à consisté en l’étude de l’implication des extracellular signal-regulated kinase (ERK) et de la protéine kinase C (PKC) dans l’induction de l’ARNm des membres de la famille des Nurs suite à l’activation des cascades de signalisation des récepteurs dopamiergiques D1 et D2 in vivo pour une meilleure compréhension des mécanismes physiopatholoiques liés aux désordres dopaminergiques. Pour ce faire, nous avons, premièrement, soumis des souris sauvages et Nur77-/- à un paradigme de sensibilisation à l’amphétamine ainsi qu’a différents agonistes antagonistes RAR/RXR afin de tester l’implication de Nur77 et d’un éventuel complexe Nur77/RXR dans les effets de l’amphétamine. Deuxièmement, soumis des souris sauvages à une combinaison d’agonistes D1/D2 ou une injection d’antagoniste D2 avec ou sans inhibiteur (ERK1/2 ou PKC) afin de tester l’implication de ces kinases sur l’induction de l’ARNm des membres de la famille des Nurs par hybridation in situ. Nous avons ainsi pu démontrer 1- un rôle moteur de Nur77 dans les effets liés à l’amphétamine notamment avec une absence de stéréotypies et un allongement de la durée de la phase de locomotion chez les souris Nur77-/-; ainsi qu’un rôle éventuel du complexe potentiel Nur77/RXR dans les D1 à mieux définir. 2- un rôle des kinases ERKs et PKCs dans les cascades de signalisation des récepteurs dopaminergiques D1 et D2 menant à l’induction des ARNms de Nur77, Nor-1 et Nurr-1. En perspective, ces résultats nous ouvrent la voie vers une implication éventuelle de Nur77 dans les mécanismes d’apprentissage que sont le Long Terme Potentiation (LTP) et la Long Terme Depotentialisation (LTD) liés aux LIDs et à l’amphétamine.

Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons.

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones Ih+ ou Ih- du VTA. L'augmentation induite dans les neurones Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3- hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie.

Dopaminergic Regulation of Glucose-induced Insulin Secretion through Dopamine D2 Receptors in the Pancreatic Islets In Vitro

The stimulatory effect of dopamine through dopamine 1)2 receptor on glucose - induced insulin secretion was studied in the pancreatic islets in nitro. I)oparnilie signifieanlly stimula(ed insulin secretion at a concentration of 10 a N1 in the presence of high,glucose ( 20 nii1 ). ' fhe higher concentrations of dopamine (111 -1() 4) inhibited glucose- induced insulin secretion in the presence of both 4 mM1 and 20 m M glucose. Stimulatory and inhibitory effect of dopamine on glucose - induced insulin secretion was reverted by the addition of dopamine 1)2 receptor antagonists such as butaclamol and sulpiride . Norepinephrine (NE) at 111 4 11 concentration inhibited the dopamine uptake as well as its stimulatory effect at 11) - 8 IN1 concentration on glucose induced insulin secretion. Our results suggest that dopamine exerts a differential effect on glucose -induced insulin secretion through dopamine D2 receptor and it is essential for the regulation of glucose-induced insulin secretion by pancreatic islets.

Brain Cholinergic and Dopaminergic Functions in Streptozotocin Induced Diabetic Rats: Effects of Curcumin and Vitamin D3 Supplementation

Department of Biotechnology, Cochin University of Science and Technology

Assays for enhanced activity of low efficacy partial agonists at the D-2 dopamine receptor

Background and purpose: Low efficacy partial agonists at the D-2 dopamine receptor may be useful for treating schizophrenia. In this report we describe a method for assessing the efficacy of these compounds based on stimulation of [S-35]GTP gamma S binding. Experimental approach: Agonist efficacy was assessed from [S-35]GTP gamma S binding to membranes of CHO cells expressing D2 dopamine receptors in buffers with and without Na+. Effects of Na+ on receptor/G protein coupling were assessed using agonist/[H-3] spiperone competition binding assays. Key results: When [S-35]GTP gamma S binding assays were performed in buffers containing Na+, some agonists (aripiprazole, AJ-76, UH-232) exhibited very low efficacy whereas other agonists exhibited measurable efficacy. When Na+ was substituted by N-methyl D-glucamine, the efficacy of all agonists increased (relative to that of dopamine) but particularly for aripiprazole, aplindore, AJ-76, (-)-3-PPP and UH-232. In ligand binding assays, substitution of Na+ by N-methyl D-glucamine increased receptor/G protein coupling for some agonists -. aplindore, dopamine and (-)-3-PPP-but for aripiprazole, AJ-76 and UH-232 there was little effect on receptor/G protein coupling. Conclusions and implications: Substitution of Na+ by NMDG increases sensitivity in [S-35] GTPgS binding assays so that very low efficacy agonists were detected clearly. For some agonists the effect seems to be mediated via enhanced receptor/G protein coupling whereas for others the effect is mediated at another point in the G protein activation cycle. AJ-76, aripiprazole and UH-232 seem particularly sensitive to this change in assay conditions. This work provides a new method to discover these very low efficacy agonists.

Protein kinase D isoforms are expressed in rat and mouse primary sensory neurons and are activated by agonists of protease-activated receptor 2

Serine proteases generated during injury and inflammation cleave protease-activated receptor 2 (PAR(2)) on primary sensory neurons to induce neurogenic inflammation and hyperalgesia. Hyperalgesia requires sensitization of transient receptor potential vanilloid (TRPV) ion channels by mechanisms involving phospholipase C and protein kinase C (PKC). The protein kinase D (PKD) serine/threonine kinases are activated by diacylglycerol and PKCs and can phosphorylate TRPV1. Thus, PKDs may participate in novel signal transduction pathways triggered by serine proteases during inflammation and pain. However, it is not known whether PAR(2) activates PKD, and the expression of PKD isoforms by nociceptive neurons is poorly characterized. By using HEK293 cells transfected with PKDs, we found that PAR(2) stimulation promoted plasma membrane translocation and phosphorylation of PKD1, PKD2, and PKD3, indicating activation. This effect was partially dependent on PKCepsilon. By immunofluorescence and confocal microscopy, with antibodies against PKD1/PKD2 and PKD3 and neuronal markers, we found that PKDs were expressed in rat and mouse dorsal root ganglia (DRG) neurons, including nociceptive neurons that expressed TRPV1, PAR(2), and neuropeptides. PAR(2) agonist induced phosphorylation of PKD in cultured DRG neurons, indicating PKD activation. Intraplantar injection of PAR(2) agonist also caused phosphorylation of PKD in neurons of lumbar DRG, confirming activation in vivo. Thus, PKD1, PKD2, and PKD3 are expressed in primary sensory neurons that mediate neurogenic inflammation and pain transmission, and PAR(2) agonists activate PKDs in HEK293 cells and DRG neurons in culture and in intact animals. PKD may be a novel component of a signal transduction pathway for protease-induced activation of nociceptive neurons and an important new target for antiinflammatory and analgesic therapies.

Agonists of protease-activated receptors 1 and 2 stimulate electrolyte secretion from mouse gallbladder

Cholecystitis is one of the most common gastrointestinal diseases. Inflammation induces the activation of proteases that can signal to cells by cleaving protease-activated receptors (PARs) to induce hemostasis, inflammation, pain, and repair. However, the distribution of PARs in the gallbladder is unknown, and their effects on gallbladder function have not been fully investigated. We localized immunoreactive PAR(1) and PAR(2) to the epithelium, muscle, and serosa of mouse gallbladder. mRNA transcripts corresponding to PAR(1) and PAR(2), but not PAR(4), were detected by RT-PCR and sequencing. Addition of thrombin and a PAR(1)-selective activating peptide (TFLLRN-NH(2)) to the serosal surface of mouse gallbladder mounted in an Ussing chamber stimulated an increase in short-circuit current in wild-type but not PAR(1) knockout mice. Similarly, serosally applied trypsin and PAR(2) activating peptide (SLIGRL-NH(2)) increased short-circuit current in wild-type but not PAR(2) knockout mice. Proteases and activating peptides strongly inhibited electrogenic responses to subsequent stimulation with the same agonist, indicating homologous desensitization. Removal of HCO(3)(-) ions from the serosal buffer reduced responses to thrombin and trypsin by >80%. Agonists of PAR(1) and PAR(2) increase intracellular Ca(2+) concentration in isolated and cultured gallbladder epithelial cells. The COX-2 inhibitor meloxicam and an inhibitor of CFTR prevented the stimulatory effect of PAR(1) but not PAR(2). Thus PAR(1) and PAR(2) are expressed in the epithelium of the mouse gallbladder, and serosally applied proteases cause a HCO(3)(-) secretion. The effects of PAR(1) but not PAR(2) depend on generation of prostaglandins and activation of CFTR. These mechanisms may markedly influence fluid and electrolyte secretion of the inflamed gallbladder when multiple proteases are generated.

p90 ribosomal S6 kinases play a significant role in early gene regulation in the cardiomyocyte response to Gq protein-coupled receptor stimuli, endothelin-1 and α1-adrenergic receptor agonists

Extracellular signal-regulated kinases 1/2 (ERK1/2) and their substrates, p90 ribosomal S6 kinases (RSKs), phosphorylate different transcription factors, contributing differentially to transcriptomic profiles. In cardiomyocytes, ERK1/2 are required for >70% of the transcriptomic response to endothelin-1. Here, we investigated the role of RSKs in the transcriptomic responses to Gq protein-coupled receptor agonists, endothelin-1, phenylephrine (generic α1-adrenergic receptor agonist) and A61603 (α1A-adrenergic receptor selective). Phospho-ERK1/2 and phospho-RSKs appeared in cardiomyocyte nuclei within 2-3 min of stimulation (endothelin-1>a61603≈phenylephrine). All agonists increased nuclear RSK2, but only endothelin-1 increased nuclear RSK1 content. PD184352 (inhibits ERK1/2 activation) and BI-D1870 (inhibits RSKs) were used to dissect the contribution of RSKs to the endothelin-1-responsive transcriptome. Of 213 RNAs upregulated at 1 h, 51% required RSKs for upregulation whereas 29% required ERK1/2 but not RSKs. The transcriptomic response to phenylephrine overlapped with, but was not identical to, endothelin-1. As with endothelin-1, PD184352 inhibited upregulation of most phenylephrine-responsive transcripts, but the greater variation in effects of BI-D1870 suggests that differential RSK signalling influences global gene expression. A61603 induced similar changes in RNA expression in cardiomyocytes as phenylephrine, indicating that the signal was mediated largely through α1A-adrenergic receptors. A61603 also increased expression of immediate early genes in perfused adult rat hearts and, as in cardiomyocytes, upregulation of the majority of genes was inhibited by PD184352. PD184352 or BI-D1870 prevented the increased surface area induced by endothelin-1 in cardiomyocytes. Thus, RSKs play a significant role in regulating cardiomyocyte gene expression and hypertrophy in response to Gq protein-coupled receptor stimulation.

Agonists of proteinase-activated receptor 2 induce inflammation by a neurogenic mechanism

Trypsin and mast cell tryptase cleave proteinase-activated receptor 2 and, by unknown mechanisms, induce widespread inflammation. We found that a large proportion of primary spinal afferent neurons, which express proteinase-activated receptor 2, also contain the proinflammatory neuropeptides calcitonin gene-related peptide and substance P. Trypsin and tryptase directly signal to neurons to stimulate release of these neuropeptides, which mediate inflammatory edema induced by agonists of proteinase-activated receptor 2. This new mechanism of protease-induced neurogenic inflammation may contribute to the proinflammatory effects of mast cells in human disease. Thus, tryptase inhibitors and antagonists of proteinase-activated receptor 2 may be useful anti-inflammatory agents.