Genetically engineered sensors of cell signaling

Measuring electrical activity in large numbers of cells with high spatial and temporal resolution is a fundamental problem for the study of neural development and information processing. To address this problem, we have constructed FlaSh: a novel, genetically-encoded probe that can be used to measure trans-membrane voltage in single cells. We fused a modified green fluorescent protein (GFP) into a voltage-sensitive potassium channel so that voltage dependent rearrangements in the potassium channel induce changes in the fluorescence of GFP. A voltage sensor encoded into DNA has the advantage that it may be introduced into an organism non-invasively and targeted to specific developmental stages, brain regions, cell types, and sub-cellular compartments.

We also describe modifications to FlaSh that shift its color, kinetics, and dynamic range. We used multiple green fluorescent proteins to produce variants of the FlaSh sensor that generate ratiometric signal output via fluorescence resonance energy transfer (FRET). Finally, we describe initial work toward FlaSh variants that are sensitive to G-protein coupled receptor (GPCR) activation. These sensors can be used to design functional assays for receptor activation in living cells.

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 genome-wide association study identifies susceptibility variants for type 2 diabetes in Han Chinese.

To investigate the underlying mechanisms of T2D pathogenesis, we looked for diabetes susceptibility genes that increase the risk of type 2 diabetes (T2D) in a Han Chinese population. A two-stage genome-wide association (GWA) study was conducted, in which 995 patients and 894 controls were genotyped using the Illumina HumanHap550-Duo BeadChip for the first genome scan stage. This was further replicated in 1,803 patients and 1,473 controls in stage 2. We found two loci not previously associated with diabetes susceptibility in and around the genes protein tyrosine phosphatase receptor type D (PTPRD) (P = 8.54x10(-10); odds ratio [OR] = 1.57; 95% confidence interval [CI] = 1.36-1.82), and serine racemase (SRR) (P = 3.06x10(-9); OR = 1.28; 95% CI = 1.18-1.39). We also confirmed that variants in KCNQ1 were associated with T2D risk, with the strongest signal at rs2237895 (P = 9.65x10(-10); OR = 1.29, 95% CI = 1.19-1.40). By identifying two novel genetic susceptibility loci in a Han Chinese population and confirming the involvement of KCNQ1, which was previously reported to be associated with T2D in Japanese and European descent populations, our results may lead to a better understanding of differences in the molecular pathogenesis of T2D among various populations.

Effect of purinergic blockers on outward current in isolated smooth muscle cells of the sheep bladder

Freshly dispersed cells from sheep urinary bladder were voltage clamped using the whole cell and inside-out patch-clamp technique. Cibacron and Basilen blue increased outward current in a dose-dependent manner with a half-maximal response at 10(-5) M. Suramin, in concentrations to 10(-3) M, had no such effect. The Cibacron blue response was abolished in Ca2+-free physiological salt solution, suggesting that it was acting on a Ca2+-dependent current. Similarly, the Cibacron blue-sensitive current was significantly attenuated by charybdotoxin. Cibacron blue did not modulate inward current nor were its effects modified by caffeine or heparin, suggesting that its effect on outward current was not secondary to an increase in intracellular Ca2+. Application of 10(-4) M Cibacron blue to the inside membrane of excised patches caused a rapid increase in open probability of a large-conductance (300 pS) K+ channel. These results suggest that Cibacron blue is a potent activator of a Ca2+-dependent outward current in bladder smooth muscle cells in addition to its action as a purinergic blocker.

Unmasking venom gland transcriptomes in reptile venoms

While structural studies of reptile venom toxins can be achieved using lyophilized venom samples, until now the cloning of precursor cDNAs required sacrifice of the specimen for dissection of the venom glands. Here we describe a simple and rapid technique that unmasks venom protein mRNAs present in lyophilized venom samples. To illustrate the technique we have RT-PCR-amplified a range of venom protein transcripts from cDNA libraries derived from the venoms of a hemotoxic snake, the Chinese copperhead (Deinagkistrodon acutus), a neurotoxic snake, the black mamba (Dendroaspis polylepis), and a venomous lizard, the Gila monster (Heloderma suspectum). These include a metalloproteinase and phospholipase A2 from D. acutus, a potassium channel blocker, dendrotoxin K, from D. polylepis, and exendin-4 from H. suspectum. These findings imply that the apparent absence and/or lability of mRNA in complex biological matrices is not always real and paves the way for accelerated acquisition of molecular genetic data on venom toxins for scientific and potential therapeutic purposes without sacrifice of endangered herpetofauna.

Protection against methylglyoxal-derived AGEs by regulation of glyoxalase 1 prevents retinal neuroglial and vasodegenerative pathology.

Aims/hypothesis
Methylglyoxal (MG) is an important precursor for AGEs. Normally, MG is detoxified by the glyoxalase (GLO) enzyme system (including component enzymes GLO1 and GLO2). Enhanced glycolytic metabolism in many cells during diabetes may overpower detoxification capacity and lead to AGE-related pathology. Using a transgenic rat model that overexpresses GLO1, we investigated if this enzyme can inhibit retinal AGE formation and prevent key lesions of diabetic retinopathy.
Methods
Transgenic rats were developed by overexpression of full length GLO1. Diabetes was induced in wild-type (WT) and GLO1 rats and the animals were killed after 12 or 24 weeks of hyperglycaemia. N e-(Carboxyethyl)lysine (CEL), N e-(carboxymethyl)lysine (CML) and MG-derived-hydroimidazalone-1 (MG-H1) were determined by immunohistochemistry and by ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC-MSMS). Müller glia dysfunction was determined by glial fibrillary acidic protein (GFAP) immunoreactivity and by spatial localisation of the potassium channel Kir4.1. Acellular capillaries were quantified in retinal flat mounts.
Results
GLO1 overexpression prevented CEL and MG-H1 accumulation in the diabetic retina when compared with WT diabetic counterparts (p?<?0.01). Diabetes-related increases in Müller glial GFAP levels and loss of Kir4.1 at the vascular end-feet were significantly prevented by GLO1 overexpression (p?<?0.05) at both 12- and 24-week time points. GLO1 diabetic animals showed fewer acellular capillaries than WT diabetic animals (p?<?0.001) at 24 weeks’ diabetes.
Conclusions/interpretation
Detoxification of MG reduces AGE adduct accumulation, which, in turn, can prevent formation of key retinal neuroglial and vascular lesions as diabetes progresses. MG-derived AGEs play an important role in diabetic retinopathy.

Evidence supporting a role for N-epsilon-(3-formyl-3,4-dehydropiperidino)lysine accumulation in Muller glia dysfunction and death in diabetic retinopathy

Purpose: Recent evidence suggests that neuroglial dysfunction and degeneration contributes to the etiology and progression of diabetic retinopathy. Advanced lipoxidation end products (ALEs) have been implicated in the pathology of various diseases, including diabetes and several neurodegenerative disorders. The purpose of the present study was to investigate the possible link between the accumulation of ALEs and neuroretinal changes in diabetic retinopathy.

Methods: Retinal sections obtained from diabetic rats and age-matched controls were processed for immunohistochemistry using antibodies against several well defined ALEs. In vitro experiments were also performed using a human Muller (Moorfields/Institute of Ophthalmology-Muller 1 [ MIO-M1]) glia cell line. Western blot analysis was used to measure the accumulation of the acrolein-derived ALE adduct N epsilon-(3-formyl-3,4-dehydropiperidino)lysine (FDP-lysine) in Muller cells preincubated with FDP-lysine-modified human serum albumin (FDP-lysine-HSA). Responses of Muller cells to FDP-lysine accumulation were investigated by analyzing changes in the protein expression of heme oxygenase-1 (HO-1), glial fibrillary acidic protein (GFAP), and the inwardly rectifying potassium channel Kir4.1. In addition, mRNA expression levels of vascular endothelial growth factor (VEGF), interleukin-6 (IL-6), and tumor necrosis factor-alpha (TNF alpha) were determined by reverse transcriptase PCR (RT-PCR). Apoptotic cell death was evaluated by fluorescence-activated cell sorting (FACS) analysis after staining with fluorescein isothiocyanate (FITC)-labeled annexin V and propidium iodide.

Results: No significant differences in the levels of malondialdehyde-, 4-hydroxy-2-nonenal-, and 4-hydroxyhexenal-derived ALEs were evident between control and diabetic retinas after 4 months of diabetes. By contrast, FDP-lysine immunoreactivity was markedly increased in the Muller glia of diabetic rats. Time-course studies revealed that FDP-lysine initially accumulated within Muller glial end feet after only a few months of diabetes and thereafter spread distally throughout their inner radial processes. Exposure of human Muller glia to FDP-lysine-HSA led to a concentration-dependent accumulation of FDP-lysine-modified proteins across a broad molecular mass range. FDP-lysine accumulation was associated with the induction of HO-1, no change in GFAP, a decrease in protein levels of the potassium channel subunit Kir4.1, and upregulation of transcripts for VEGF, IL-6, and TNF-alpha. Incubation of Muller glia with FDP-lysine-HSA also caused apoptosis at high concentrations.

Conclusions: Collectively, these data strongly suggest that FDP-lysine accumulation could be a major factor contributing to the Muller glial abnormalities occurring in the early stages of diabetic retinopathy.

Differential regulations of AQP4 and Kir4.1 by triamcinolone acetonide and dexamethasone in the healthy and inflamed retina.

PURPOSE: Glucocorticoids are used to treat macular edema, although the mechanisms underlying this effect remain largely unknown. The authors have evaluated in the normal and endotoxin-induced uveitis (EIU) rats, the effects of dexamethasone (dex) and triamcinolone acetonide (TA) on potassium channel Kir4.1 and aquaporin-4 (AQP4), the two main retinal Müller glial (RMG) channels controlling retinal fluid movement. METHODS: Clinical as well as relatively low doses of dex and TA were injected in the vitreous of normal rats to evaluate their influence on Kir4.1 and AQP4 expression 24 hours later. The dose-dependent effects of the two glucocorticoids were investigated using rat neuroretinal organotypic cultures. EIU was induced by footpad lipopolysaccharide injection, without or with 100 nM intraocular dex or TA. Glucocorticoid receptor and channel expression levels were measured by quantitative PCR, Western blot, and immunohistochemistry. RESULTS: The authors found that dex and TA exert distinct and specific channel regulations at 24 hours after intravitreous injection. Dex selectively upregulated Kir4.1 (not AQP4) in healthy and inflamed retinas, whereas TA induced AQP4 (not Kir4.1) downregulation in normal retina and upregulation in EIU. The lower concentration (100 nM) efficiently regulated the channels. Moreover, in EIU, an inflammatory condition, the glucocorticoid receptor was downregulated in the retina, which was prevented by intravitreous injections of the low concentration of dex or TA. CONCLUSIONS: The results show that dex and TA are far from being equivalent to modulate RMG channels. Furthermore, the authors suggest that low doses of glucocorticoids may have antiedematous effects on the retina with reduced toxicity.

Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone: Impact on QTc interval.

Methadone is administered as a chiral mixture of (R,S)-methadone. The opioid effect is mainly mediated by (R)-methadone, whereas (S)-methadone blocks the human ether-à-go-go-related gene (hERG) voltage-gated potassium channel more potently, which can cause drug-induced long QT syndrome, leading to potentially lethal ventricular tachyarrhythmias. To investigate whether substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone could reduce the corrected QT (QTc) interval, (R,S)-methadone was replaced by (R)-methadone (half-dose) in 39 opioid-dependent patients receiving maintenance treatment for 14 days. (R)-methadone was then replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days (n = 29). Trough (R)-methadone and (S)-methadone plasma levels and electrocardiogram measurements were taken. The Fridericia-corrected QT (QTcF) interval decreased when (R,S)-methadone was replaced by a half-dose of (R)-methadone; the median (interquartile range [IQR]) values were 423 (398-440) milliseconds (ms) and 412 (395-431) ms (P = .06) at days 0 and 14, respectively. Using a univariate mixed-effect linear model, the QTcF value decreased by a mean of -3.9 ms (95% confidence interval [CI], -7.7 to -0.2) per week (P = .04). The QTcF value increased when (R)-methadone was replaced by the initial dose of (R,S)-methadone for 14 days; median (IQR) values were 424 (398-436) ms and 424 (412-443) ms (P = .01) at days 14 and 28, respectively. The univariate model showed that the QTcF value increased by a mean of 4.7 ms (95% CI, 1.3-8.1) per week (P = .006). Substitution of (R,S)-methadone by (R)-methadone reduces the QTc interval value. A safer cardiac profile of (R)-methadone is in agreement with previous in vitro and pharmacogenetic studies. If the present results are confirmed by larger studies, (R)-methadone should be prescribed instead of (R,S)-methadone to reduce the risk of cardiac toxic effects and sudden death.

Étude moléculaire des mécanismes d’action de potentiateurs du canal CFTR sur le canal KCa3.1

Les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires sécrètent du Cl- via le canal CFTR. La fibrose kystique est une maladie génétique fatale causée par des mutations de ce canal. La mutation la plus fréquente en Amérique du Nord, ∆F508, met en péril la maturation de la protéine et affecte les mécanismes d’activation du canal. Au cours des dernières années, plusieurs molécules ont été identifiées par criblage à haut débit qui peuvent rétablir l’activation de protéines CFTR mutées. Ces molécules sont nommées potentiateurs. Les canaux K+ basolatéraux, dont KCa3.1, jouent un rôle bien documenté dans l’établissement d’une force électromotrice favorable à la sécrétion de Cl- par CFTR dans les cellules épithéliales des voies aériennes respiratoires. Il a par exemple été démontré que l’application de 1-EBIO, un activateur de KCa3.1, sur des monocouches T84 résulte en une augmentation soutenue de la sécrétion de Cl- et que cette augmentation était réversible suite à l’application de CTX, un inhibiteur de KCa3.1(Devor et al., 1996). Dans le cadre d’une recherche de potentiateurs efficaces en conditions physiologiques et dans un contexte global de transport trans-cellulaire, il devient essentiel de considérer les effets des potentiateurs de CFTR sur KCa3.1. Une caractérisation électrophysiologique par la méthode du patch clamp et structurelle via l’utilisation de canaux modifiés par mutagenèse dirigée de différents potentiateurs de CFTR sur KCa3.1 fut donc entreprise afin de déterminer l’action de ces molécules sur l’activité de KCa3.1 et d’en établir les mécanismes. Nous présentons ici des résultats portant sur les effets sur KCa3.1 de quelques potentiateurs de CFTR possédant différentes structures. Un criblage des effets de ces molécules sur KCa3.1 a révélé que la genisteine, le SF-03, la curcumine et le VRT-532 ont des effets inhibiteurs sur KCa3.1. Nos résultats suggèrent que le SF-03 pourrait agir sur une protéine accessoire et avoir un effet indirect sur KCa3.1. La curcumine aurait aussi une action inhibitrice indirecte, probablement via la membrane cellulaire. Nos recherches sur les effets du VRT-532 ont montré que l’accessibilité au site d’action de cette v molécule est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1. L’absence d’effets inhibiteurs de VRT-532 sur le mutant constitutivement actif V282G indique que cette molécule pourrait agir via l’interaction CaM-KCa3.1 et nécessiter la présence de Ca2+ pour agir. Par ailleurs, un autre potentiateur de CFTR, le CBIQ, a des effets potentiateurs sur KCa3.1. Nos résultats en canal unitaire indiquent qu’il déstabilise un état fermé du canal. Nos travaux montrent aussi que CBIQ augmente la probabilité d’ouverture de KCa3.1 en conditions sursaturantes de Ca2+, ainsi que son affinité apparente pour le Ca2+. Des expériences où CBIQ est appliqué en présence ou en absence de Ca2+ ont indiqué que l’accessibilité à son site d’action est indépendante de l’état d’ouverture de KCa3.1, mais que la présence de Ca2+ est nécessaire à son action. Ces résultats sont compatibles avec une action de CBIQ déstabilisant un état fermé du canal. Finalement, des expériences en Ba2+ nous ont permis d’investiguer la région du filtre de sélectivité de KCa3.1 lors de l’action de CBIQ et nos résultats pointent vers une action de CBIQ dans cette région. Sur la base de nos résultats nous concluons que CBIQ, un potentiateur de CFTR, aurait un effet activateur sur KCa3.1 via la déstabilisation d’un état fermé du canal à travers une action sur sa ‘gate’ au niveau du filtre de sélectivité. De plus, les potentiateurs de CFTR ayant montré des effets inhibiteurs sur KCa3.1 pourraient agir via la membrane ou via une protéine accessoire du canal ou sur l’interaction CaM-KCa3.1. Dans l’optique de traitements potentiels de la fibrose kystique, nos résultats indiquent que le CBIQ pourrait être un potentiateur efficace pusiqu’il est capable de trimuler à la fois KCa3.1 et CFTR. Par contre, dans les cas du VRT-532 et du SF-03, une inhibition de KCa3.1 pourraient en faire des potentiateurs moins efficaces.

L'implication des tubules T dans la repolarisation ventriculaire chez la souris

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Études de type structure fonction des mutations causant l’ataxie épisodique de type I sur les canaux potassiques dépendants du voltage

Les ataxies épisodiques (EA) d’origine génétique sont un groupe de maladies possédant un phénotype et génotype hétérogènes, mais ont en commun la caractéristique d’un dysfonctionnement cérébelleux intermittent. Les EA de type 1 et 2 sont les plus largement reconnues des ataxies épisodiques autosomiques dominantes et sont causées par un dysfonctionnement des canaux ioniques voltage-dépendants dans les neurones. La présente étude se concentrera sur les mutations causant l'EA-1, retrouvées dans le senseur de voltage (VSD) de Kv1.1, un canal très proche de la famille des canaux Shaker. Nous avons caractérisé les propriétés électrophysiologiques de six mutations différentes à la position F244 et partiellement celles des mutations T284 A/M, R297 K/Q/A/H, I320T, L375F, L399I et S412 C/I dans la séquence du Shaker grâce à la technique du ‘’cut open voltage clamp’’ (COVC). Les mutations de la position F244 situées sur le S1 du canal Shaker sont caractérisées par un décalement des courbes QV et GV vers des potentiels dépolarisants et modifient le couplage fonctionnel entre le domaine VSD et le pore. Un courant de fuite est observé durant la phase d'activation des courants transitoires et peut être éliminé par l'application du 4-AP (4-aminopyridine) ou la réinsertion de l'inactivation de type N mais pas par le TEA (tétraéthylamonium). Dans le but de mieux comprendre les mécanismes moléculaires responsables de la stabilisation d’un état intermédiaire, nous avons étudié séparément la neutralisation des trois premières charges positives du S4 (R1Q, R2Q et R3Q). Il en est ressorti l’existence d’une interaction entre R2 et F244. Une seconde interface entre S1 et le pore proche de la surface extracellulaire agissant comme un second point d'ancrage et responsable des courants de fuite a été mis en lumière. Les résultats suggèrent une anomalie du fonctionnement du VSD empêchant la repolarisation normale de la membrane des cellules nerveuses affectées à la suite d'un potentiel d'action.

Étude de l'oligomérisation et de la fonction de canaux ioniques par spectroscopie de fluorescence et fluorométrie en voltage imposé

La fonction des canaux ioniques est finement régulée par des changements structuraux de sites clés contrôlant l’ouverture du pore. Ces modulations structurales découlent de l’interaction du canal avec l’environnement local, puisque certains domaines peuvent être suffisamment sensibles à des propriétés physico-chimiques spécifiques. Les mouvements engendrés dans la structure sont notamment perceptibles fonctionnellement lorsque le canal ouvre un passage à certains ions, générant ainsi un courant ionique mesurable selon le potentiel électrochimique. Une description détaillée de ces relations structure-fonction est cependant difficile à obtenir à partir de mesures sur des ensembles de canaux identiques, puisque les fluctuations et les distributions de différentes propriétés individuelles demeurent cachées dans une moyenne. Pour distinguer ces propriétés, des mesures à l’échelle de la molécule unique sont nécessaires. Le but principal de la présente thèse est d’étudier la structure et les mécanismes moléculaires de canaux ioniques par mesures de spectroscopie de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. Les études sont particulièrement dirigées vers le développement de nouvelles méthodes ou leur amélioration. Une classe de toxine formeuse de pores a servi de premier modèle d’étude. La fluorescence à l’échelle de la molécule unique a aussi été utilisée pour l’étude d’un récepteur glutamate, d’un récepteur à la glycine et d’un canal potassique procaryote. Le premier volet porte sur l’étude de la stœchiométrie par mesures de photoblanchiment en temps résolu. Cette méthode permet de déterminer directement le nombre de monomères fluorescents dans un complexe isolé par le décompte des sauts discrets de fluorescence suivant les événements de photoblanchiment. Nous présentons ici la première description, à notre connaissance, de l’assemblage dynamique d’une protéine membranaire dans un environnement lipidique. La toxine monomérique purifiée Cry1Aa s’assemble à d’autres monomères selon la concentration et sature en conformation tétramérique. Un programme automatique est ensuite développé pour déterminer la stœchiométrie de protéines membranaires fusionnées à GFP et exprimées à la surface de cellules mammifères. Bien que ce système d’expression soit approprié pour l’étude de protéines d’origine mammifère, le bruit de fluorescence y est particulièrement important et augmente significativement le risque d’erreur dans le décompte manuel des monomères fluorescents. La méthode présentée permet une analyse rapide et automatique basée sur des critères fixes. L’algorithme chargé d’effectuer le décompte des monomères fluorescents a été optimisé à partir de simulations et ajuste ses paramètres de détection automatiquement selon la trace de fluorescence. La composition de deux canaux ioniques a été vérifiée avec succès par ce programme. Finalement, la fluorescence à l’échelle de la molécule unique est mesurée conjointement au courant ionique de canaux potassiques KcsA avec un système de fluorométrie en voltage imposé. Ces enregistrements combinés permettent de décrire la fonction de canaux ioniques simultanément à leur position et densité alors qu’ils diffusent dans une membrane lipidique dont la composition est choisie. Nous avons observé le regroupement de canaux KcsA pour différentes compositions lipidiques. Ce regroupement ne paraît pas être causé par des interactions protéine-protéine, mais plutôt par des microdomaines induits par la forme des canaux reconstitués dans la membrane. Il semble que des canaux regroupés puissent ensuite devenir couplés, se traduisant en ouvertures et fermetures simultanées où les niveaux de conductance sont un multiple de la conductance « normale » d’un canal isolé. De plus, contrairement à ce qui est actuellement suggéré, KcsA ne requiert pas de phospholipide chargé négativement pour sa fonction. Plusieurs mesures indiquent plutôt que des lipides de forme conique dans la phase cristalline liquide sont suffisants pour permettre l’ouverture de canaux KcsA isolés. Des canaux regroupés peuvent quant à eux surmonter la barrière d’énergie pour s’ouvrir de manière coopérative dans des lipides non chargés de forme cylindrique.

Régulation du complexe constitutif formé par le récepteur opioïde delta et le canal potassique de la famille Kir3

Les opioïdes sont les analgésiques les plus efficaces dans le traitement des douleurs sévères. Ils produisent leurs effets en ciblant spécifiquement les récepteurs opioïdes localisés tout le long de la voie de perception de la douleur où ils modulent la transmission de l'information douloureuse. La plupart des études dans ce domaine essaient de caractériser les récepteurs opioïdes à l'état isolé de tout partenaire de signalisation. Cette thèse, par contre, montre que le récepteur opioïde delta (DOR) peut former un complexe avec sa protéine G et l'un de ses effecteurs impliqués dans la production de l'effet analgésique, le canal potassique à rectification entrante activée par les protéines G (Kir3 ou GIRK). Après avoir établi la présence de ce complexe constitutif, on a ensuite caractérisé sa stabilité, modulation et régulation suite à une stimulation avec des agonistes opioïdes. En premier lieu, on a caractérisé la transmission de l'information du récepteur DOR, suite à son activation par un agoniste, vers le canal Kir3. On a remarqué que cette transmission ne suit pas le modèle de collision, généralement accepté, mais nécessite plutôt un simple changement dans la conformation du complexe préformé. Ensuite, on a déterminé que même suite à l'activation prolongée du récepteur DOR par un agoniste complet, le complexe DOR/Kir3 maintenait son intégrité et a été reconnu par la βarrestine (βarr) comme une seule unité signalétique provoquant ainsi l'internalisation de DOR et Kir3 par un mécanisme clathrine et dynamine-dépendant. Ainsi, prises ensemble, ces données montrent que l'activation du récepteur DOR déclenche non seulement l'activation de l'effecteur Kir3 mais également un mécanisme de régulation qui élimine cet effecteur de la membrane plasmique.

Enfoque del paciente con sospecha de neuroinfección en urgencias

Las infecciones del sistema nervioso son importantes fuentes de morbilidad y mortalidad en el mundo, debido a diferentes factores como son el amplio uso de antibióticos que aunque contribuyen con éxito al manejo de infecciones, pero el mal uso por automedicación o tratamientos incompletos favorecen la emergencia de organismos resistentes y la existencia de “mimos infecciosos” que incluyen el síndrome de reconstitución inflamatoria (IRIS). Adicionalmente el crecimiento de las poblaciones inmunocomprometidas por el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA) y por tratamientos agresivos para trasplante sólido o hematopoyético han mejorado la sobrevida de diferentes tipos de malignidades y alteraciones reumatológicas pero son poblaciones que tienen más susceptibilidad a contraer infecciones y encefalitis mediadas inmunológicamente, como son la encefalomielitis diseminada aguda (ADEM) o la encefalitis contra el receptor de N-metil-D aspartato (NMDA).