Levosimendaanin vaikutusmekanismi ja nykyinen merkitys sydämen vajaatoiminnan hoidossa

Sydämen vajaatoiminta on erilaisista sydän- ja verisuonisairauksista aiheutuva monimuotoinen oireyhtymä, johon sairastuneiden ja kuolleiden potilaiden määrä on yhä suuri. Sen patofysiologiaan voi kuulua muun muassa sympaattisen hermoston ja reniini-angiotensiini-aldosteroni–järjestelmän aktiivisuutta, huonosti supistuva vasen kammio, sydämen uudelleenmuokkautumista, muutoksia [Ca2+]i:n säätelyssä, kardiomyosyyttien apoptoosia sekä systeeminen tulehdustila. Johonkin osaan sairauden patofysiologiasta eivät nykyiset lääkehoidot riittävästi vaikuta. Klassiset inotroopit lisäävät sydämen supistusvireyttä kasvattamalla solunsisäistä Ca2+-pitoisuutta, mutta ne lisäävät rytmihäiriöriskiä, sydämen hapenkulutusta sekä heikentävät ennustetta. Levosimendaani, kalsiumherkistäjä, lisää sydämen supistusvoimaa [Ca2+]i:ta kohottamatta herkistämällä sydänlihaksen kalsiumin vaikutuksille. Lisäksi levosimendaani avaa sarkolemmaalisia ja mitokondriaalisia K+-kanavia, jotka välittävät vasodilataatiota ja kardioprotektiota. Suurilla annoksilla levosimendaani on selektiivinen PDE3-estäjä. Levosimendaania suositellaan äkillisesti pahentuneen sydämen vajaatoiminnan hoitoon, mutta muitakin lupaavia indikaatioita sille on keksitty. Esimerkiksi kroonisesti annosteltu oraalinen levosimendaani on suojannut kardiovaskulaarijärjestelmää ja parantanut selviytymistä in vivo. Erikoistyössä selvitettiin kroonisesti annostellun oraalisen levosimendaanin, valsartaanin ja näiden kombinaatioterapian vaikutuksia selviytymiseen, verenpaineeseen sekä sydämen hypertrofioitumiseen Dahlin suolaherkillä (Dahl/Rapp) rotilla. Levosimendaanin suojavaikutus ilmeni vähäisempänä kuolleisuutena, mutta ero ei ollut tilastollisesti merkitsevä kontrolliryhmään nähden. Kombinaatioterapia suojasi rottia kardiovaskulaarikuolleisuudelta ja vähensi todennäköisesti verenpaineesta riippuvaisesti sydämen hypertofioitumista niin sydän/kehonpaino–suhteen kuin ultraäänitutkimuksenkin perusteella arvioituna paremmin kuin kumpikaan lääke monoterapiana. Lääkekombinaatio alensi additiivisesti hypertensiota kaikissa mittauspisteissä. Sydämen systolista toimintaa levosimendaani kohensi vain vähäisesti. Dahl/Rapp-rotille kehittyikin pääosin hypertension indusoimaa diastolista sydämen vajaatoimintaa kohonneen IVRT-arvon perusteella. Levosimendaani sekä monoterapiana että kombinaatioterapiana valsartaanin kanssa vähensi sydämen diastolista vajaatoimintaa.

The effect of cell size and channel density on neuronal information encoding and energy efficiency

Identifying the determinants of neuronal energy consumption and their relationship to information coding is critical to understanding neuronal function and evolution. Three of the main determinants are cell size, ion channel density, and stimulus statistics. Here we investigate their impact on neuronal energy consumption and information coding by comparing single-compartment spiking neuron models of different sizes with different densities of stochastic voltage-gated Na+ and K+ channels and different statistics of synaptic inputs. The largest compartments have the highest information rates but the lowest energy efficiency for a given voltage-gated ion channel density, and the highest signaling efficiency (bits spike(-1)) for a given firing rate. For a given cell size, our models revealed that the ion channel density that maximizes energy efficiency is lower than that maximizing information rate. Low rates of small synaptic inputs improve energy efficiency but the highest information rates occur with higher rates and larger inputs. These relationships produce a Law of Diminishing Returns that penalizes costly excess information coding capacity, promoting the reduction of cell size, channel density, and input stimuli to the minimum possible, suggesting that the trade-off between energy and information has influenced all aspects of neuronal anatomy and physiology.

Consequences of Converting Graded to Action Potentials upon Neural Information Coding and Energy Efficiency

Information is encoded in neural circuits using both graded and action potentials, converting between them within single neurons and successive processing layers. This conversion is accompanied by information loss and a drop in energy efficiency. We investigate the biophysical causes of this loss of information and efficiency by comparing spiking neuron models, containing stochastic voltage-gated Na+ and K+ channels, with generator potential and graded potential models lacking voltage-gated Na+ channels. We identify three causes of information loss in the generator potential that are the by-product of action potential generation: (1) the voltage-gated Na+ channels necessary for action potential generation increase intrinsic noise and (2) introduce non-linearities, and (3) the finite duration of the action potential creates a `footprint' in the generator potential that obscures incoming signals. These three processes reduce information rates by similar to 50% in generator potentials, to similar to 3 times that of spike trains. Both generator potentials and graded potentials consume almost an order of magnitude less energy per second than spike trains. Because of the lower information rates of generator potentials they are substantially less energy efficient than graded potentials. However, both are an order of magnitude more efficient than spike trains due to the higher energy costs and low information content of spikes, emphasizing that there is a two-fold cost of converting analogue to digital; information loss and cost inflation.

Surface Expression and Subunit Specific Control of Steady Protein Levels by the Kv7.2 Helix A-B Linker

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Pivoting between Calmodulin Lobes Triggered by Calcium in the Kv7.2/Calmodulin Complex

Kv7.2 (KCNQ2) is the principal molecular component of the slow voltage gated M-channel, which strongly influences neuronal excitability. Calmodulin (CaM) binds to two intracellular C-terminal segments of Kv7.2 channels, helices A and B, and it is required for exit from the endoplasmic reticulum. However, the molecular mechanisms by which CaM controls channel trafficking are currently unknown. Here we used two complementary approaches to explore the molecular events underlying the association between CaM and Kv7.2 and their regulation by Ca2+. First, we performed a fluorometric assay using dansylated calmodulin (D-CaM) to characterize the interaction of its individual lobes to the Kv7.2 CaM binding site (Q2AB). Second, we explored the association of Q2AB with CaM by NMR spectroscopy, using N-15-labeled CaM as a reporter. The combined data highlight the interdependency of the N- and C-lobes of CaM in the interaction with Q2AB, suggesting that when CaM binds Ca2+ the binding interface pivots between the N-lobe whose interactions are dominated by helix B and the C-lobe where the predominant interaction is with helix A. In addition, Ca2+ makes CaM binding to Q2AB more difficult and, reciprocally, the channel weakens the association of CaM with Ca2+.

Depolarization of sperm membrane potential is a common feature of men with subfertility and is associated with low fertilization rate at IVF

STUDY QUESTION. Are significant abnormalities in outward (K+) conductance and resting membrane potential (Vm) present in the spermatozoa of patients undertaking IVF and ICSI and if so, what is their functional effect on fertilization success? SUMMARY ANSWER. Negligible outward conductance (≈5% of patients) or an enhanced inward conductance (≈4% of patients), both of which caused depolarization of Vm, were associated with a low rate of fertilization following IVF. WHAT IS KNOWN ALREADY. Sperm-specific potassium channel knockout mice are infertile with defects in sperm function, suggesting that these channels are essential for fertility. These observations suggest that malfunction of K+ channels in human spermatozoa might contribute significantly to the occurrence of subfertility in men. However, remarkably little is known of the nature of K+ channels in human spermatozoa or the incidence and functional consequences of K+ channel defects. STUDY DESIGN, SIZE AND DURATION. Spermatozoa were obtained from healthy volunteer research donors and subfertile IVF and ICSI patients attending a hospital assisted reproductive techniques clinic between May 2013 and December 2015. In total, 40 IVF patients, 41 ICSI patients and 26 normozoospermic donors took part in the study. PARTICIPANTS/MATERIALS, SETTING, METHODS. Samples were examined using electrophysiology (whole-cell patch clamping). Where abnormal electrophysiological characteristics were identified, spermatozoa were further examined for Ca2+ influx induced by progesterone and penetration into viscous media if sufficient sample was available. Full exome sequencing was performed to specifically evaluate potassium calcium-activated channel subfamily M α 1 (KCNMA1), potassium calcium-activated channel subfamily U member 1 (KCNU1) and leucine-rich repeat containing 52 (LRRC52) genes and others associated with K+ signalling. In IVF patients, comparison with fertilization rates was done to assess the functional significance of the electrophysiological abnormalities. MAIN RESULTS AND THE ROLE OF CHANCE. Patch clamp electrophysiology was used to assess outward (K+) conductance and resting membrane potential (Vm) and signalling/motility assays were used to assess functional characteristics of sperm from IVF and ICSI patient samples. The mean Vm and outward membrane conductance in sperm from IVF and ICSI patients were not significantly different from those of control (donor) sperm prepared under the same conditions, but variation between individuals was significantly greater (P< 0.02) with a large number of outliers (>25%). In particular, in ≈10% of patients (7/81), we observed either a negligible outward conductance (4 patients) or an enhanced inward current (3 patients), both of which caused depolarization of Vm. Analysis of clinical data from the IVF patients showed significant association of depolarized Vm (≥0 mV) with low fertilization rate (P= 0.012). Spermatozoa with electrophysiological abnormities (conductance and Vm) responded normally to progesterone with elevation of [Ca2+]i and penetration of viscous medium, indicating retention of cation channel of sperm (CatSper) channel function. LIMITATIONS, REASONS FOR CAUTION. For practical, technical, ethical and logistical reasons, we could not obtain sufficient additional semen samples from men with conductance abnormalities to establish the cause of the conductance defects. Full exome sequencing was only available in two men with conductance defects. WIDER IMPLICATIONS OF THE FINDINGS. These data add significantly to the understanding of the role of ion channels in human sperm function and its impact on male fertility. Impaired potassium channel conductance (Gm) and/or Vm regulation is both common and complex in human spermatozoa and importantly is associated with impaired fertilization capacity when the Vm of cells is completely depolarized.

A whole-cell and single-channel study of the voltage-dependent outward potassium current in avian hepatocytes.

Voltage-dependent membrane currents were studied in dissociated hepatocytes from chick, using the patch-clamp technique. All cells had voltage-dependent outward K+ currents; in 10% of the cells, a fast, transient, tetrodotoxin-sensitive Na+ current was identified. None of the cells had voltage-dependent inward Ca2+ currents. The K+ current activated at a membrane potential of about -10 mV, had a sigmoidal time course, and did not inactivate in 500 ms. The maximum outward conductance was 6.6 +/- 2.4 nS in 18 cells. The reversal potential, estimated from tail current measurements, shifted by 50 mV per 10-fold increase in the external K+ concentration. The current traces were fitted by n2 kinetics with voltage-dependent time constants. Omitting Ca2+ from the external bath or buffering the internal Ca2+ with EGTA did not alter the outward current, which shows that Ca2+-activated K+ currents were not present. 1-5 mM 4-aminopyridine, 0.5-2 mM BaCl2, and 0.1-1 mM CdCl2 reversibly inhibited the current. The block caused by Ba was voltage dependent. Single-channel currents were recorded in cell-attached and outside-out patches. The mean unitary conductance was 7 pS, and the channels displayed bursting kinetics. Thus, avian hepatocytes have a single type of K+ channel belonging to the delayed rectifier class of K+ channels.

Characterization of outward currents in interstitial cells from the guinea pig bladder.

PURPOSE: Outward currents were characterized from cells resembling interstitial cells of Cajal (ICCs) isolated from the detrusor of the guinea pig bladder. MATERIALS AND METHODS: ICC-like cells were studied using the whole cell patch clamp technique and K+ filled pipettes. Outward currents were evoked by stepping positively from a holding potential of -80 mV. RESULTS: ICC-like cells were distinguished from smooth muscle cells by the presence of lateral branches and an inability to contract spontaneously or when depolarized. Depolarization elicited large outward currents. Penitrem A, a blocker of large conductance, Ca activated K+ channels, significantly decreased the outward current. Its Ca dependence was demonstrated by significant inhibition with nifedipine and Ca-free solution. When large conductance, Ca activated K+ and Ca currents were blocked with penitrem A and nifedipine, a voltage dependent current was unmasked, which activated positive to -50 mV and displayed voltage dependent inactivation with half-maximal inactivation occurring at -71 mV. It was blocked in concentration dependent fashion by tetraethylammonium but unaffected by 4-aminopyridine, charybdotoxin or apamin, suggesting that small and intermediate conductance, calcium activated potassium channels, and Kv1.2 and Kv1.3 channels are unlikely to be involved. At maximal concentrations of tetraethylammonium a portion of the voltage dependent K+ current remained that was not affected by any of the blockers tested. CONCLUSIONS: ICC-like cells from the detrusor possess calcium activated and voltage dependent K+ currents.

Enhancement of Ca2+-dependent outward current in sheep bladder myocytes by evans blue dye.

Whole-cell and inside-out patch-clamp techniques were used to assess the action of a well-known dye, Evans blue, on membrane currents in bladder isolated smooth muscle cells from sheep. In whole cells Evans blue dose-dependently increased the outward current by up to fivefold. In contrast, Evans blue had no effect on inward Ca2+ current. The effect on outward current was abolished or reduced if the cells were bathed in Ca2+-free solution, iberiotoxin (5 x 10(-8) M), or charybdotoxin (5 x 10(-8) M), but was unaffected by externally applied caffeine (5 mM) or in cells exposed to heparin (1 mg/ml) via the patch pipette. In inside-out patches bathed in a Ca2+ concentration of 5 x 10(-7) M, Evans blue (10(-4) M) increased the open probability of large-conductance (298-pS) Ca2+-dependent K+ channels (BK channels), shifting the half maximal-activation voltage by -70 mV. We conclude that Evans blue dye acts as an opener of BK channels.

Outward currents in smooth muscle cells isolated from sheep mesenteric lymphatics.

1. The patch-clamp technique was used to measure membrane currents in isolated smooth muscle cells dispersed from sheep mesenteric lymphatics. Depolarizing steps positive to -30 mV evoked rapid inward currents followed by noisy outward currents. 2. Nifedipine (1 microM) markedly reduced the outward current, while Bay K 8644 (1 microM) enhanced it. Up to 90% of the outward current was also blocked by iberiotoxin (Kd = 36 nM). 3. Large conductance (304 +/- 15 pS, 7 cells), Ca(2+)- and voltage-sensitive channels were observed during single-channel recordings on inside-out patches using symmetrical 140 mM K+ solutions (at 37 degrees C). The voltage required for half-maximal activation of the channels (V1/2) shifted in the hyperpolarizing direction by 146 mV per 10-fold increase in [Ca2+]i. 4. In whole-cell experiments a voltage-dependent outward current remained when the Ca(2+)-activated current was blocked with penitrem A (100 nM). This current activated at potentials positive to -20 mV and demonstrated the phenomenon of voltage-dependent inactivation (V1/2 = -41 +/- 2 mV, slope factor = 18 +/- 2 mV, 5 cells). 6. Tetraethylammonium (TEA; 30 mM) reduced the voltage-dependent current by 75% (Kd = 3.3 mM, 5 cells) while a maximal concentration of 4-aminopyridine (4-AP; 10 mM) blocked only 40% of the current. TEA alone had as much effect as TEA and 4-AP together, suggesting that there are at least two components to the voltage-sensitive K+ current. 7. These results suggest that lymphatic smooth muscle cells generate a Ca(2+)-activated current, largely mediated by large conductance Ca(2+)-activated K+ channels, and several components of voltage-dependent outward current which resemble 'delayed rectifier' currents in other smooth muscle preparations.

Sustaining sleep spindles through enhanced SK2-channel activity consolidates sleep and elevates arousal threshold.

Sleep spindles are synchronized 11-15 Hz electroencephalographic (EEG) oscillations predominant during nonrapid-eye-movement sleep (NREMS). Rhythmic bursting in the reticular thalamic nucleus (nRt), arising from interplay between Ca(v)3.3-type Ca(2+) channels and Ca(2+)-dependent small-conductance-type 2 (SK2) K(+) channels, underlies spindle generation. Correlative evidence indicates that spindles contribute to memory consolidation and protection against environmental noise in human NREMS. Here, we describe a molecular mechanism through which spindle power is selectively extended and we probed the actions of intensified spindling in the naturally sleeping mouse. Using electrophysiological recordings in acute brain slices from SK2 channel-overexpressing (SK2-OE) mice, we found that nRt bursting was potentiated and thalamic circuit oscillations were prolonged. Moreover, nRt cells showed greater resilience to transit from burst to tonic discharge in response to gradual depolarization, mimicking transitions out of NREMS. Compared with wild-type littermates, chronic EEG recordings of SK2-OE mice contained less fragmented NREMS, while the NREMS EEG power spectrum was conserved. Furthermore, EEG spindle activity was prolonged at NREMS exit. Finally, when exposed to white noise, SK2-OE mice needed stronger stimuli to arouse. Increased nRt bursting thus strengthens spindles and improves sleep quality through mechanisms independent of EEG slow waves (&lt;4 Hz), suggesting SK2 signaling as a new potential therapeutic target for sleep disorders and for neuropsychiatric diseases accompanied by weakened sleep spindles.

Étude de l'implication des navettes du pyruvate découlant du métabolisme mitochondrial du glucose dans la régulation de la sécrétion d'insuline par les cellules bêta pancréatiques

Le diabète est une maladie métabolique qui se caractérise par une résistance à l’insuline des tissus périphériques et par une incapacité des cellules β pancréatiques à sécréter les niveaux d’insuline appropriés afin de compenser pour cette résistance. Pour mieux comprendre les mécanismes déficients dans les cellules β des patients diabétiques, il est nécessaire de comprendre et de définir les mécanismes impliqués dans le contrôle de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Dans les cellules β pancréatiques, le métabolisme du glucose conduit à la production de facteurs de couplage métabolique, comme l’ATP, nécessaires à la régulation de l’exocytose des vésicules d’insuline. Le mécanisme par lequel la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose déclenche l’exocytose des vésicules d’insuline est bien décrit dans la littérature. Cependant, il ne peut à lui seul réguler adéquatement la sécrétion d’insuline. Le malonyl-CoA et le NADPH sont deux autres facteurs de couplage métaboliques qui ont été suggérés afin de relier le métabolisme du glucose à la régulation de la sécrétion d’insuline. Les mécanismes impliqués demeurent cependant à être caractérisés. Le but de la présente thèse était de déterminer l’implication des navettes du pyruvate, découlant du métabolisme mitochondrial du glucose, dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans les cellules β, les navettes du pyruvate découlent de la combinaison des processus d’anaplérose et de cataplérose et permettent la transduction des signaux métaboliques provenant du métabolisme du glucose. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés au rôle de la navette pyruvate/citrate dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose, puisque cette navette conduit à la production dans le cytoplasme de deux facteurs de couplage métabolique, soit le malonyl-CoA et le NADPH. De plus, la navette pyruvate/citrate favorise le flux métabolique à travers la glycolyse en réoxydation le NADH. Une étude effectuée précédemment dans notre laboratoire avait suggéré la présence de cette navette dans les cellules β pancréatique. Afin de tester notre hypothèse, nous avons ciblé trois étapes de cette navette dans la lignée cellulaire β pancréatique INS 832/13, soit la sortie du citrate de la mitochondrie et l’activité de l’ATP-citrate lyase (ACL) et l’enzyme malique (MEc), deux enzymes clés de la navette pyruvate/citrate. L’inhibition de chacune de ces étapes par l’utilisation d’un inhibiteur pharmacologique ou de la technologie des ARN interférant a corrélé avec une réduction significative de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Les résultats obtenus suggèrent que la navette pyruvate/citrate joue un rôle critique dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Parallèlement à notre étude, deux autres groupes de recherche ont suggéré que les navettes pyruvate/malate et pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate étaient aussi importantes pour la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ainsi, trois navettes découlant du métabolisme mitochondrial du glucose pourraient être impliquées dans le contrôle de la sécrétion d’insuline. Le point commun de ces trois navettes est la production dans le cytoplasme du NADPH, un facteur de couplage métabolique possiblement très important pour la sécrétion d’insuline. Dans les navettes pyruvate/malate et pyruvate/citrate, le NADPH est formé par MEc, alors que l’isocitrate déshydrogénase (IDHc) est responsable de la production du NADPH dans la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate. Dans notre première étude, nous avions démontré l’importance de l’expression de ME pour la sécrétion adéquate d’insuline en réponse au glucose. Dans notre deuxième étude, nous avons testé l’implication de IDHc dans les mécanismes de régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. La diminution de l’expression de IDHc dans les INS 832/13 a stimulé la sécrétion d’insuline en réponse au glucose par un mécanisme indépendant de la production de l’ATP par le métabolisme oxydatif du glucose. Ce résultat a ensuite été confirmé dans les cellules dispersées des îlots pancréatiques de rat. Nous avons aussi observé dans notre modèle que l’incorporation du glucose en acides gras était augmentée, suggérant que la diminution de l’activité de IDHc favorise la redirection du métabolisme de l’isocitrate à travers la navette pyruvate/citrate. Un mécanisme de compensation à travers la navette pyruvate/citrate pourrait ainsi expliquer la stimulation de la sécrétion d’insuline observée en réponse à la diminution de l’expression de IDHc. Les travaux effectués dans cette deuxième étude remettent en question l’implication de l’activité de IDHc, et de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate, dans la transduction des signaux métaboliques reliant le métabolisme du glucose à la sécrétion d’insuline. La navette pyruvate/citrate est la seule des navettes du pyruvate à conduire à la production du malonyl-CoA dans le cytoplasme des cellules β. Le malonyl-CoA régule le métabolisme des acides gras en inhibant la carnitine palmitoyl transférase 1, l’enzyme limitante dans l’oxydation des acides gras. Ainsi, l’élévation des niveaux de malonyl-CoA en réponse au glucose entraîne une redirection du métabolisme des acides gras vers les processus d’estérification puis de lipolyse. Plus précisément, les acides gras sont métabolisés à travers le cycle des triglycérides/acides gras libres (qui combinent les voies métaboliques d’estérification et de lipolyse), afin de produire des molécules lipidiques signalétiques nécessaires à la modulation de la sécrétion d’insuline. Des études effectuées précédemment dans notre laboratoire ont démontré que l’activité lipolytique de HSL (de l’anglais hormone-sensitive lipase) était importante, mais non suffisante, pour la régulation de la sécrétion d’insuline. Dans une étude complémentaire, nous nous sommes intéressés au rôle d’une autre lipase, soit ATGL (de l’anglais adipose triglyceride lipase), dans la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose et aux acides gras. Nous avons démontré que ATGL est exprimé dans les cellules β pancréatiques et que son activité contribue significativement à la lipolyse. Une réduction de son expression dans les cellules INS 832/13 par RNA interférant ou son absence dans les îlots pancréatiques de souris déficientes en ATGL a conduit à une réduction de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose en présence ou en absence d’acides gras. Ces résultats appuient l’hypothèse que la lipolyse est une composante importante de la régulation de la sécrétion d’insuline dans les cellules β pancréatiques. En conclusion, les résultats obtenus dans cette thèse suggèrent que la navette pyruvate/citrate est importante pour la régulation de la sécrétion d’insuline en réponse au glucose. Ce mécanisme impliquerait la production du NADPH et du malonyl-CoA dans le cytoplasme en fonction du métabolisme du glucose. Cependant, nos travaux remettent en question l’implication de la navette pyruvate/isocitrate/α-cétoglutarate dans la régulation de la sécrétion d’insuline. Le rôle exact de IDHc dans ce processus demeure cependant à être déterminé. Finalement, nos travaux ont aussi démontré un rôle pour ATGL et la lipolyse dans les mécanismes de couplage métabolique régulant la sécrétion d’insuline.

Étude des œstrogènes sur la repolarisation cardiaque et de la grossesse sur l’électrocardiographie chez la souris

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes.

Carbon monoxide protects against oxidant-induced apoptosis via inhibition of Kv2.1

Oxidative stress induces neuronal apoptosis and is implicated in cerebral ischemia, head trauma, and age-related neurodegenerative diseases. An early step in this process is the loss of intracellular K(+) via K(+) channels, and evidence indicates that K(v)2.1 is of particular importance in this regard, being rapidly inserted into the plasma membrane in response to apoptotic stimuli. An additional feature of neuronal oxidative stress is the up-regulation of the inducible enzyme heme oxygenase-1 (HO-1), which catabolizes heme to generate biliverdin, Fe(2+), and carbon monoxide (CO). CO provides neuronal protection against stresses such as stroke and excitotoxicity, although the underlying mechanisms are not yet elucidated. Here, we demonstrate that CO reversibly inhibits K(v)2.1. Channel inhibition by CO involves reactive oxygen species and protein kinase G activity. Overexpression of K(v)2.1 in HEK293 cells increases their vulnerability to oxidant-induced apoptosis, and this is reversed by CO. In hippocampal neurons, CO selectively inhibits K(v)2.1, reverses the dramatic oxidant-induced increase in K(+) current density, and provides marked protection against oxidant-induced apoptosis. Our results provide a novel mechanism to account for the neuroprotective effects of CO against oxidative apoptosis, which has potential for therapeutic exploitation to provide neuronal protection in situations of oxidative stress.

Molecular targets underlying SUMO-mediated neuroprotection in brain ischemia

SUMOylation (small ubiquitin-like modifier conjugation) is an important post-translational modification which is becoming increasingly implicated in the altered protein dynamics associated with brain ischemia. The function of SUMOylation in cells undergoing ischemic stress and the identity of small ubiquitin-like modifier (SUMO) targets remain in most cases unknown. However, the emerging consensus is that SUMOylation of certain proteins might be part of an endogenous neuroprotective response. This review brings together the current understanding of the underlying mechanisms and downstream effects of SUMOylation in brain ischemia, including processes such as autophagy, mitophagy and oxidative stress. We focus on recent advances and controversies regarding key central nervous system proteins, including those associated with the nucleus, cytoplasm and plasma membrane, such as glucose transporters (GLUT1, GLUT4), excitatory amino acid transporter 2 glutamate transporters, K+ channels (K2P1, Kv1.5, Kv2.1), GluK2 kainate receptors, mGluR8 glutamate receptors and CB1 cannabinoid receptors, which are reported to be SUMO-modified. A discussion of the roles of these molecular targets for SUMOylation could play following an ischemic event, particularly with respect to their potential neuroprotective impact in brain ischemia, is proposed.