alphaENaC-mediated lithium absorption promotes nephrogenic diabetes insipidus.

Lithium-induced nephrogenic diabetes insipidus (NDI) is accompanied by polyuria, downregulation of aquaporin 2 (AQP2), and cellular remodeling of the collecting duct (CD). The amiloride-sensitive epithelial sodium channel (ENaC) is a likely candidate for lithium entry. Here, we subjected transgenic mice lacking αENaC specifically in the CD (knockout [KO] mice) and littermate controls to chronic lithium treatment. In contrast to control mice, KO mice did not markedly increase their water intake. Furthermore, KO mice did not demonstrate the polyuria and reduction in urine osmolality induced by lithium treatment in the control mice. Lithium treatment reduced AQP2 protein levels in the cortex/outer medulla and inner medulla (IM) of control mice but only partially reduced AQP2 levels in the IM of KO mice. Furthermore, lithium induced expression of H(+)-ATPase in the IM of control mice but not KO mice. In conclusion, the absence of functional ENaC in the CD protects mice from lithium-induced NDI. These data support the hypothesis that ENaC-mediated lithium entry into the CD principal cells contributes to the pathogenesis of lithium-induced NDI.

A single dose of intravenous esomeprazole decreases gastric secretion in healthy volunteers.

BACKGROUND: Data suggest that esomeprazole decreases gastric secretion. AIMS: To assess the effect of a single i.v. esomeprazole dose on gastric secretion volume 3 h after drug administration, as a primary endpoint, and to evaluate, as secondary endpoints, the reduction 1 and 5 h after dosing; time when the gastric pH was <2.5 and esomeprazole's safety. METHODS: In all, 23 healthy Helicobacter pylori-negative volunteers (10 men, 13 women, mean age 28.2 +/- 6) participated in this single-centre, randomized, double-blind, placebo-controlled, 2-way, single-dose cross-over study. In different sessions, volunteers received i.v. either esomeprazole 40 mg or placebo. An inserted double-lumen nasogastric tube perfused and aspirated gastric liquid. Mechanical fractioned aspiration measured secretion volume; aliquot spectrophotometry assessed gastric secretion volume lost to the duodenum. RESULTS: Three hours post-i.v. esomeprazole, average gastric secretion decreased by 77.6% (vs. baseline) compared to placebo. Values 1 and 5 h after dosing were 73.5% and 74.5%. Five hours after esomeprazole, the gastric pH was <2.5 3.9% of the time and 73.3% after placebo (P < 0.002). Esomeprazole was well-tolerated. No serious adverse events occurred. CONCLUSIONS: Intravenous esomeprazole decreases gastric secretions. The potential clinical impact in averting bronchoaspiration during anaesthesia induction and in intensive care patients should be investigated in further studies.

The neuronal monocarboxylate transporter MCT2: its regulation by BDNF and its role in learning and memory

Glucose has been considered the major, if not the exclusive, energy substrate for the brain. But under certain physiological and pathological conditions other substrates, namely monocarboxylates (lactate, pyruvate and ketone bodies), can contribute significantly to satisfy brain energy demands. These monocarboxylates need to be transported across the blood-brain barrier or out of astrocytes into the extracellular space and taken up into neurons. It has been shown that monocarboxylates are transported by a family of proton-linked transporters called monocarboxylate transporters (MCTs). In the central nervous system, MCT2 is the predominant neuronal isoform and little is known about the regulation of its expression. Noradrenaline (NA), insulin and IGF-1 were previously shown to enhance the expression of MCT2 in cultured cortical neurons via a translational mechanism. Here we demonstrate that the well known brain neurotrophic factor BDNF enhances MCT2 protein expression in cultured cortical neurons and in synaptoneurosome preparations in a time- and concentrationdependent manner without affecting MCT2 mRNA levels. We observed that BDNF induced MCT2 expression by activation of MAPK as well as PI3K/Akt/mTOR signaling pathways. Furthermore, we investigated the possible post-transcriptional regulation of MCT2 expression by a neuronal miRNA. Then, we demonstrated that BDNF enhanced MCT2 expression in the hippocampus in vivo, in parallel with some post-synaptic proteins such as PSD95 and AMPA receptor GluR2/3 subunits, and two immediate early genes Arc and Zif268 known to be expressed in conditions related to synaptic plasticity. In the last part, we demonstrated in vivo that a downregulation of hippocampal MCT2 via silencing with an appropriate lentiviral vector in mice caused an impairment of working memory without reference memory deficit. In conclusion, these results suggest that regulation of neuronal monocarboxylate transporter MCT2 expression could be a key event in the context of synaptic plasticity, allowing an adequate energy substrate supply in situations of altered synaptic efficacy. - Le glucose représente le substrat énergétique majeur pour le cerveau. Cependant, dans certaines conditions physiologiques ou pathologiques, le cerveau a la capacité d'utiliser des substrats énergéiques appartenant à la classe des monocarboxylates (lactate, pyruvate et corps cétoniques) afin de satisfaire ses besoins énergétiques. Ces monocarboxylates doivent être transportés à travers la barrière hématoencéphalique mais aussi hors des astrocytes vers l'espace extracellulaire puis re-captés par les neurones. Leur transport est assuré par une famillle de transporteurs aux monocarboxylates (MCTs). Dans le système nerveux central, les neurones expriment principalement l'isoforme MCT2 mais peu d'informations sont disponibles concernant la régulation de son expression. Il a été montré que la noradrénaline, l'insuline et l'IGF-1 induisent l'expression de MCT2 dans des cultures de neurones corticaux par un mécanisme traductionnel. Dans cette étude nous démontrons dans un premier temps que le facteur neurotrophique BDNF augmente l'expression de MCT2 à la fois dans des cultures de neurones corticaux et dans les préparations synaptoneurosomales selon un décours temporel et une gamme de concentrations propre. Aucun changement n'a été observé concernant les niveaux d'ARNm de MCT2. Nous avons observé que le BDNF induisait l'expression de MCT2 par l'activation simultanée des voies de signalisation MAPK et PI3K/Akt/mTOR. De plus, nous nous sommes intéressés à une potentielle régulation par les micro-ARNs de la synthèse de MCT2. Ensuite, nous avons démontré que le BDNF induit aussi l'expression de MCT2 dans l'hippocampe de la souris en parallèle avec d'autres protéines post-synaptiques telles que PSD95 et GluR2/3 et avec deux « immediate early genes » tels que Arc et Zif268 connus pour être exprimés dans des conditions de plasticité synaptique. Dans un dernier temps, nous avons démontré qu'une diminution d'expression de MCT2 induite par le biais d'un siRNA exprimé via un vecteur lentiviral dans l'hippocampe de souris générait des déficits de mémoire de travail sans affecter la mémoire de référence. En conclusion, ces résultats nous suggèrent que le transporteur aux monocarboxylates neuronal MCT2 serait essentiel pour l'apport énergétique du lactate pour les neurones dans des conditions de haute activité neuronale comme c'est le cas pendant les processus de plasticité synaptique.

Apport de la pH-impédancemétrie au diagnostic du reflux gastro- oesophagien et de la dysphagie [Advantages of pH-impedance monitoring in gastroesophageal reflux and dysphagia investigations]

Les manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien sont fréquentes. La pH-impédancemétrie permet d’évaluer des reflux acides ou non acides et de déterminer leur extension proximale. A la lumière de deux patients de notre collectif, nous observons une corrélation entre reflux non acide et symptômes ORL dans le premier cas et une suppression acide insuffisante dans le deuxième cas. Ces résultats nous orientent vers un traitement spécifique complémentaire aux inhibiteurs de la pompe à protons. La pH-impédancemétrie détecte les reflux aussi bien acides que non acides, et analyse la concordance entre les symptômes et les épisodes de reflux. Elle permet ainsi une meilleure compréhension des manifestations ORL du reflux gastro-œsophagien et une prise en charge thérapeutique mieux adaptée. ENT symptoms of gastro-esophageal reflux are frequent. pH-impedance can detect acid and non-acid reflux and measure their proximal extension. The technique identifies the refluxate by changes in impedance. We discuss 2 clinical situations where correlation of symptoms could be explained by a non-acid reflux in the first case, and a lack of acid suppression in the second case, respectively. These results lead to a specific additional treatment to proton pump inhibitors (PPI). This technology provides a better understanding of the pathogenesis of reflux laryngitis, and affords the prescription of PPI on a proven diagnosis. Detection of non-acid reflux leads to an optimized medical treatment.

Sodium/hydrogen exchanger NHA2 is critical for insulin secretion in β-cells.

NHA2 is a sodium/hydrogen exchanger with unknown physiological function. Here we show that NHA2 is present in rodent and human β-cells, as well as β-cell lines. In vivo, two different strains of NHA2-deficient mice displayed a pathological glucose tolerance with impaired insulin secretion but normal peripheral insulin sensitivity. In vitro, islets of NHA2-deficient and heterozygous mice, NHA2-depleted Min6 cells, or islets treated with an NHA2 inhibitor exhibited reduced sulfonylurea- and secretagogue-induced insulin secretion. The secretory deficit could be rescued by overexpression of a wild-type, but not a functionally dead, NHA2 transporter. NHA2 deficiency did not affect insulin synthesis or maturation and had no impact on basal or glucose-induced intracellular Ca(2+) homeostasis in islets. Subcellular fractionation and imaging studies demonstrated that NHA2 resides in transferrin-positive endosomes and synaptic-like microvesicles but not in insulin-containing large dense core vesicles in β-cells. Loss of NHA2 inhibited clathrin-dependent, but not clathrin-independent, endocytosis in Min6 and primary β-cells, suggesting defective endo-exocytosis coupling as the underlying mechanism for the secretory deficit. Collectively, our in vitro and in vivo studies reveal the sodium/proton exchanger NHA2 as a critical player for insulin secretion in the β-cell. In addition, our study sheds light on the biological function of a member of this recently cloned family of transporters.

Distribution profile of zwitterions and hydrolysis of esters derived from N-benzylpiperazine

Résumé Les esters sont des agents thérapeutiques largement utilisés comme médicaments et prodrogues. Leurs dégradation est chimique et enzymatique. Le Chapitre IV de cette thèse a comme objet l'hydrolyse chimique de plusieurs dérivés esters du 2,3-dimethoxyphenol. Des composés modèles ont été synthétisés dans le but de déterminer leur mécanismes de dégradation. Les profils d'ionisation et d'hydrolyse de ces composés ont permis d'identifier la présence d'une catalyse intramoléculaire basique par un atome d'azote non-protoné. Les effets électroniques exercés par les groupes phenylethenyle et phenylcyclopropyle influencent également la vitesse d'hydrolyse des esters. La résolution des problèmes liés à l'adsorption et la perméation est devenue à nos jours l'étape limitante dans la conception de nouveaux médicaments car de trop nombreux candidats prometteurs ont échoué à cause d'une mauvaise biodisponibilité. La lipophilie décrit le partage d'un médicament entre une membrane lipidique et son environnement physiologique aqueux, et de ce fait elle influence sa pharmacocinétique. Des études récents ont mis en évidence l'importance de la détermination de la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Le Chapitre V de cette thèse est centré sur une classe particulière de composés ionisables, les zwitterions. Plusieurs methoxybenzylpiperazines de nature zwitterionique ont été étudiées. Leurs profils d'ionisation ont montré que dans un large intervalle de pH, l'espèce prédominante est le zwitterion. Les profils de lipophilie ont montré que leur lipophilie est plus élevée que celles des zwitterions courants. Une interaction électrostatique entre l'oxygène du carboxylate et l'azote protoné est responsable de ce profil et rend la plupart des zwitterions non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux aspects peuvent favoriser le passage de la barrière hémato-éncephalique. Les données biologiques ont par la suite confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Résumé large public Les esters sont des composés souvent rencontrés en chimie thérapeutique. Ils sont dégradés en milieu aqueux par une réaction d'hydrolyse, avec ou sans la participation d'enzymes. Dans ce travail de thèse, une série d'esters ont été étudiés dans le but d'établir une relation entre leur structure et les mécanismes responsables de leur dégradation chimique. Il a été prouvé que la dégradation est accélérée par un atome d'azote non-protoné. D'autres mécanismes peuvent intervenir en fonction du pH du milieu. La présence d'une liaison simple ou double ou d'un groupe phenylcyclopropyle peut également influencer la vitesse de dégradation. Il est essentiel, dans la conception de nouveaux médicaments, d'optimiser les étapes qui influencent leur distribution dans le corps. Ce dernier peut être visualisé comme une série infinie de compartiments aqueux séparés par des membranes lipidiques. La lipophilie est une propriété moléculaire importante qui décrit le passage des barrières rencontrées par les médicaments. Des études récentes ont mis en évidence l'importance de déterminer la lipophilie des espèces ionisées vu leur considérable impact biologique. Dans ce travail de thèse a été étudiée une série particulière de composés ionisables , les zwitterions. Une relation a été établie entre leur structure et leur proprietés physico-chimiques. Une lipophilie plus élevée par rapport à celle des zwitterions courants a été trouvée. Une interaction entre les groupes chargés des zwitterions étudiés est responsable de ce comportement inattendu et rend la plupart d'entre eux non-donneurs de liaison hydrogène. Ces deux facteurs peuvent favoriser la pénétration cérébrale. Les données biologiques ont confirmé cette hypothèse pour un certain nombre de composés. Summary Esters are often encountered in medicinal chemistry. Their hydrolysis may be chemical as well as enzymatic. Chapter IV of this manuscript provides a mechanistic insight into the chemical hydrolysis of a particular series of basic esters derived from 2,3-dimethoxyphenol. Their ionization and pH-rate profiles allowed to identify the presence of an intramolecular base catalysis by a non-protonated nitrogen atom. Electronic effects exerted by the phenylethenyl and phenylcyclopropyl groups that are present in the structure of the esters also influenced their rate of hydrolysis. Numerous works in the literature witness of the importance of lipophilicity in determining the fate of a drug. Most published partition coefficients are those of neutral species. In contrast, no exhaustive treatment of the lipophilicity of charged molecules is available at present, and a lack of information characterizes in particular zwitterions. Chapter V of this manuscript provides an insight into the physicochemical parameters of a series of zwitterionic methoxybenzylpiperazines. Their ionization profiles showed that they exist predominantly in the zwitterionic form in a broad pH-range. An electrostatic interaction between the oxygen of the carboxylate and the protonated nitrogen atom is increases the lipophilicity of the investigated zwitterions, and prevents the majority of them to express their hydrogen-bonding capacity. These two aspects may favor the crossing of the blood-brain barrier. The available ratios PSt/PSf measured in vitro have confirmed this point for a number of compounds.

Pharmacovigilance [Pharmacovigilance].

Main pharmacovigilance updates in 2011 are reviewed. Dronedarone: Serious cardio-vascular and hepatic adverse reactions for a questionable efficacy. Long-term proton pump inhibitors: A cause of hypomagnesemia. Bisphosphonates: A risk of atypical femoral fractures. Dasatinib: Cases of pulmonary arterial hypertension reported. Lenalidomide: A risk of second primary malignancies. Daptomycine: Cases of eosinophilic pneumonia reported. Tigecycline: Inferior to comparators. Drotrecogin alfa: Market withdrawal due to lack of efficacy. Nimesulide: More hepatotoxic than other NSAIDs. Topiramate: Evidence of teratogenicity (oral clefts). Valproate: Impaired cognitive development in addition to well-known teratogenicity. Antipsychotics in late pregnancy: A risk of neonatal complications.

Storage and uptake of D-serine into astrocytic synaptic-like vesicles specify gliotransmission.

Glial cells are increasingly recognized as active players that profoundly influence neuronal synaptic transmission by specialized signaling pathways. In particular, astrocytes have been shown recently to release small molecules, such as the amino acids l-glutamate and d-serine as "gliotransmitters," which directly control the efficacy of adjacent synapses. However, it is still controversial whether gliotransmitters are released from a cytosolic pool or by Ca(2+)-dependent exocytosis from secretory vesicles, i.e., by a mechanism similar to the release of synaptic vesicles in synapses. Here we report that rat cortical astrocytes contain storage vesicles that display morphological and biochemical features similar to neuronal synaptic vesicles. These vesicles share some, but not all, membrane proteins with synaptic vesicles, including the SNARE (soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor) synaptobrevin 2, and contain both l-glutamate and d-serine. Furthermore, they show uptake of l-glutamate and d-serine that is driven by a proton electrochemical gradient. d-Serine uptake is associated with vesicle acidification and is dependent on chloride. Whereas l-serine is not transported, serine racemase, the synthesizing enzyme for d-serine, is anchored to the membrane of the vesicles, allowing local generation of d-serine. Finally, we reveal a previously unexpected mutual vesicular synergy between d-serine and l-glutamate filling in glia vesicles. We conclude that astrocytes contain vesicles capable of storing and releasing d-serine, l-glutamate, and most likely other neuromodulators in an activity-dependent manner.

Allergologie: 2. Mastocytose systémique--nouvelles stratégies thérapeutiques [Systemic mastocytosis--new therapeutic strategies].

Systemic mastocytosis is characterized by an excessive proliferation of mast cells and their accumulation in different organs. Avoidance of trigger factors leading to anaphylaxis is a general measure valid for all forms of mastocytosis. A premedication is necessary in case of surgery, anesthesia or administration of radiocontrast agents. Symptomatic treatment comprises antihistamines, anti-leukotrienes, proton pump inhibitors and topical corticosteroids. Indolent mastocytosis with refractory symptoms, the rare cases of aggressive mastocytosis with organ dysfunction and the even rarer mast cell leukemia require cytoreductive therapy. First-line agents are interferon alpha 2b and imatinib, a tyrosine kinase inhibitor. To date there is no curative treatment.

Assessing the possible direct effect of birth weight on childhood blood pressure : a sensitivity analysis.

To estimate the possible direct effect of birth weight on blood pressure, it is conventional to condition on the mediator, current weight. Such conditioning can induce bias. Our aim was to assess the potential biasing effect of U, an unmeasured common cause of current weight and blood pressure, on the estimate of the controlled direct effect of birth weight on blood pressure, with the help of sensitivity analyses. We used data from a school-based study conducted in Switzerland in 2005-2006 (n = 3,762; mean age = 12.3 years). A small negative association was observed between birth weight and systolic blood pressure (linear regression coefficient βbw = -0.3 mmHg/kg, 95% confidence interval: -0.9, 0.3). The association was strengthened upon adjustment for current weight (βbw|C = -1.5 mmHg/kg, 95% confidence interval: -2.1, -0.9). Sensitivity analyses revealed that the negative conditional association was explained by U only if U was relatively strongly associated with blood pressure and if there was a large difference in the prevalence of U between low-birth weight and normal-birth weight children. This weakens the hypothesis that the negative relationship between birth weight and blood pressure arises only from collider-stratification bias induced by conditioning on current weight.

Stress ulcer prophylaxis in non-critically ill patients: a prospective evaluation of the practice in a surgical ward

Introduction The benefit of stress ulcer prophylaxis (SUP) in noncriticallyill patients has not been proved. Over-prescription of SUP isnot devoided of risks (i.e. drug-drug interactions, adverse events).This prospective study aimed to evaluate the use of proton pumpinhibitors (PPIs) for SUP in a visceral surgery ward.Materials & Methods Data collection was performed prospectivelyduring a 8-week period on patients hospitalized in a visceral surgeryward (58 beds). Patients with a PPI prescription for the treatment ofulcers, gastroesophageal reflux disease, esophagitis or epigastralgiawere excluded as well as patients hospitalized twice during the studyperiod. The American Society of Health-System Pharmacists guidelineson SUP were used to assess the appropriateness of de novo PPIprescriptions.Results Among 255 patients in the study, 138 (54.1%) received aprophylaxis with PPI, of which 86 (62.3%) were de novo PPI prescriptions.93.5% of patients received esomeprazole (according to thehospital drug formulary) mainly orally at 40 mg qd. 79.1% of patientshad no risk factors for SUP. 17.9% and 3.0% had one and two riskfactors, respectively. 95% of the patients with PPI were not hospitalizedin the intensive care unit (ICU) before their stay in the visceralsurgery ward. At discharge, PPI therapy was continued in 34.2% ofpatients with a de novo PPI prescription.Discussion & Conclusion This study highlights the over-utilizationof PPIs in non-ICU patients and the inappropriate continuation of PPIprescriptions at discharge. The PPI dosage prescribed for prophylaxiswas probably too high compared with the data of the literature.Treatment recommendations for SUP are needed to restrict PPIuse for justified indications.

MOLECULAR MECHANISMS OF A ROOT SYSTEM TO SOIL ADAPTATION

Contrairement aux animaux, les plantes sont des organismes sessiles qui ne possèdent pas de mécanismes de fuite quand les conditions environnementales ne sont plus optimales. Les plantes sont physiquement ancrées à l'endroit où elles ont germées et aux conditions environnementales qui parfois peuvent être extrêmes. Les possibilités d'acclimatation de différentes espèces, parfois même de groupes de plantes au sein d'une même espèce, peuvent varier mais repose sur une adaptation génétique de la plante. L'adaptation est un long processus qui repose sur l'apparition spontanée de mutations génétiques, leur mise à l'épreuve face aux conditions environnementales, et dans le cas où la mutation a un impact positif sur la survie dans cet habitat particulier, elle sera maintenue dans une population donnée de plantes. De telles populations, appelées écotypes, sont le matériel de départ pour la découverte de gènes qui induisent un bénéfice pour la plante dans un environnement donné. La plante la plus étudiée en biologie moléculaire est Arabidopsis thaliana, l'arabette des prés. Dans une étude précédente, les racines d'écotypes naturels d'Arabidopsis ont été comparées et un écotype, Uk-1, avait le système racinaire le plus particulier. Cet écotype possède des racines beaucoup plus courtes et plus ramifiées que tous les autres écotypes. Des analyses plus poussées ont montré qu'une seule mutation dans un gène était la cause de ce phénotype, le gène BREVIS RADIX (BRX), mot latin signifiant 'racine courte'. Bien que l'on connaisse le gène BRX, on connaît finalement peu de choses sur son importance adaptative. Dans cette étude, nous avons montré que la mutation dans le gène BRX rend la plante plus résistante aux sols acides. Dans l'optique de mieux comprendre cette valeur adaptative du mutant brx, nous avons analysé dans quels tissus le gène BRX jouait un rôle important. Nous avons pu mettre en évidence que BRX est important pour le développement du protophloème. Le protophloème est un élément du système vasculaire de la plante. En général, les plantes supérieures possèdent deux systèmes de transport à longue distance. L'un d'eux, appelé xylème, transporte l'eau et les nutriments absorbés du sol par les racines vers les feuilles. Les feuilles sont le siège du processus de photosynthèse au cours duquel sont produits des sucres qui devront être distribués partout dans les autres parties de la plante. Le tissu cellulaire chargé de livrer les produits de la photosynthèse, ainsi que les régulateurs de croissance, est le phloème. Ce dernier regroupe le métaphloème et le protophloème. Le protophloème est essentiel pour la livraison des sucres synthétisés ainsi que des signaux de croissance aux pointes des racines, centres organogéniques responsables de la production de nouvelles cellules durant la phase de croissance de la racine. La structure du protophloème peut être décrite comme des tubes continus, vides et résistants, faits de cellules spécialisées qui permettent un transport efficace et rapide. Nous avons montré que dans les mutants brx ces canaux de transports sont discontinus car certaines cellules n'ont pas terminé leur cycle de différenciation. Ces cellules obstruent le conduit ce qui fait que les sucres et les signaux de croissance, comme l'auxine, ne peuvent plus être transportés aux méristèmes. En conséquence, la prolifération de l'activité des méristèmes est compromise, ce qui explique les racines courtes. Au lieu d'être délivré aux méristèmes, l'auxine se concentre en amont des méristèmes où cela provoque l'apparition de nouvelles racines branchées et, très probablement, l'activation des pompes à protons. Sur des sols acides, la concentration en ion H+ est très élevée. Ces ions entrent dans les cellules de la racine par diffusion et perturbent notablement la croissance des racines et de la plante en général. Si les cellules de la racine possédaient des pompes à protons hyperactives, elles seraient capable d'évacuer le surplus d'ions H+ en dehors de la cellule, ce qui leur assurerait de meilleures chances de survie sur sols acides. De fait, le mutant brx est capable d'acidifier le milieu de culture dans lequel il est cultivé plus efficacement que la plante sauvage. Ce mutant est également capable de donner plus de progéniture sur ce type de milieu de croissance que les plantes sauvages. Finalement, nous avons trouvé d'autres mutants brx en milieu naturel poussant sur sols acides, ce qui suggère fortement que la mutation du gène BRX est une des causes de l'adaptation aux sols acides. -- Plants as sessile organisms have developed different mechanisms to cope with the complex environmental conditions in which they live. Adaptation is the process through which traits evolve by natural selection to functionally improve in a given environmental context. An adaptation to the environment is characterized by the genetic changes in the entire populations that have been fixed by natural selection over many generations. BREVIS RADIX (BRX) gene was found through natural Arabidopsis accessions screen and was characterized as a root growth regulator since loss-of-function mutants exhibit arrested post-embryonic primary root growth in addition to a more branched root system. Although brx loss-of-function causes a complete alteration in root architecture, BRX activity is only required in the root vasculature, in particular in protophloem cell file. Protophloem is a part of the phloem transport network and is responsible for delivery of photo-assimilates and growth regulators, coming from the shoot through mature phloem component - metaphloem, to the all plant primary meristems. In order to perform its function, protophloem is the first cell file to differentiate within the root meristem. During this process, protophloem cells undergo a partial programmed cell death, during which they build a thicker cell wall, degrade nucleus and tonoplast while plasma membrane stays functional. Interestingly, protophloem cells enter elongation process only after differentiation into sieve elements is completed. Here we show that brx mutants fail to differentiate protophloem cell file properly, a phenotype that can be distinguished by a presence of a "gap" cells, non-differentiated cells between two flanking differentiated cells. Discontinuity of protophloem differentiation in brx mutants is considered to be a consequence of local hyperactivity of CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3) signaling module. Interestingly, a CLE45 activity, most probably at the level of receptor binding, can be modulated by apoplastic pH. Altogether, our results imply that the activity of proton pumps, expressed in non-differentiated cells of protophloem, must be maintained under certain threshold, otherwise CLE45-BAM3 signaling pathway will be stimulated and in turn protophloem will not differentiate. Based on vacuolar morphology, a premature cell wall acidification in brx mutants stochastically prevents the protophloem differentiation. Only after protophloem differentiates, proton pumps can be activated in order to acidify apoplast and to support enucleated protophloem multifold elongation driven by surrounding cells growth. Finally, the protophloem differentiation failure would result in an auxin "traffic jam" in the upper parts of the root, created from the phloem-transported auxin that cannot be efficiently delivered to the meristem. Physiologically, auxin "leakage" from the plant vasculature network could have various consequences, since auxin is involved in the regulation of almost every aspect of plant growth and development. Thus, given that auxin stimulates lateral roots initiation and growth, this scenario explains more branched brx root system. Nevertheless, auxin is considered to activate plasma membrane proton pumps. Along with this, it has been shown that brx mutants acidify media much more than the wild type plants do, a trait that was proposed as an adaptive feature of naturally occurring brx null alleles in Arabidopsis populations found on acidic soils. Additionally, in our study we found that most of accessions originally collected from acidic sampling sites exhibit hypersensitivity to CLE45 treatment. This implies that adaptation of plants to acidic soil involves a positive selection pressure against upstream negative regulators of CLE45-BAM3 signaling, such as BRX. Perspective analysis of these accessions would provide more profound understanding of molecular mechanisms underlying plant adaptation to acidic soils. All these results are suggesting that targeting of the factors that affect protophloem differentiation is a good strategy of natural selection to change the root architecture and to develop an adaptation to a certain environment. -- Les plantes comme organismes sessiles ont développé différents mécanismes pour s'adapter aux conditions environnementales complexes dans lesquelles elles vivent. L'adaptation est le processus par lequel des traits vont évoluer via la sélection naturelle vers une amélioration fonctionnelle dans un contexte environnemental donné. Une adaptation à l'environnement est caractérisée par des changements génétiques dans des populations entières qui ont été fixés par la sélection naturelle sur plusieurs générations. Le gène BREVIS RADIX (BRX) a été identifié dans le crible d'une collection d'accessions naturelles d'Arabidopsis et a été caractérisé comme un régulateur de la croissance racinaire étant donné que le mutant perte-de-fonction montre une croissance racinaire primaire arrêtée au stade post-embryonnaire et présente de plus un système racinaire plus ramifié que la plante sauvage. Bien que le mutant perte-de-fonction brx cause une altération complète de l'architecture racinaire, l'activité de BRX n'est requise que dans la vascularisation racinaire, en particulier au niveau du protophloème. Le protophloème est un composant du réseau de transport du phloème et est responsable du transit des dérivés de la photosynthèse ainsi que des régulateurs de croissances, venant de la partie aérienne par le phloème mature (métaphloème) vers tous les méristèmes primaires de la plante. Pour pouvoir réaliser sa fonction, le protophloème est la première file de cellules à se différencier à l'intérieur du méristème de la racine. Pendant ce processus, les cellules du protophloème subissent une mort cellulaire programmée partielle durant laquelle elles épaississent leur paroi cellulaire, dégradent le noyau et le tonoplaste tandis que la membrane plasmique demeure fonctionnelle. De manière intéressante, les cellules du protophloème entament le processus d'allongement seulement après que la différenciation en tubes criblés soit complète. Ce travail montre que le mutant brx est incapable de mener à bien la différenciation de la file de cellules du protophloème, phénotype qui peut être visualisé par la présence de cellules 'trous', de cellules non différenciées entourées de deux cellules différenciées. La discontinuité de la différenciation du phloème dans le mutant brx est considérée comme la conséquence de l'hyperactivité localisée du module de signalisation CLA VA TA3/EMBRYO SURROUNDING REGION 45 (CLE45) - BARELY ANY MERISTEM 3 (BAM3). De manière intéressante, l'activité de CLE45, très probablement au niveau de la liaison avec le récepteur, peut être modulé par le pH apoplastique. Pris ensemble, nos résultats impliquent que l'activité des pompes à protons, actives dans les cellules non différenciées du protophloème, doit être maintenue en dessous d'un certain seuil autrement la cascade de signalisation CLE45-BAM3 serait stimulée, en conséquence de quoi le protophloème ne pourrait se différencier. D'après la morphologie vacuolaire, une acidification prématurée de la paroi cellulaire dans le mutant brx empêche la différenciation du protophloème de manière stochastique. Une fois que le protophloème se différencie, les pompes à protons peuvent alors être activées afin d'acidifier l'apoplaste et ainsi faciliter l'allongement des cellules énuclées du protophloème, entraînées par la croissance des cellules environnantes. Finalement, la différenciation défectueuse du protophloème produit une accumulation d'auxine dans la partie supérieure de la racine car le phloème ne peut plus acheminer efficacement l'auxine au méristème. Physiologiquement, la 'fuite' d'auxine à partir du réseau vasculaire de la plante peut avoir des conséquences variées puisque l'auxine est impliquée dans la régulation de la majorité des aspects de la croissance et développement de la plante. Etant donné que l'auxine stimule l'initiation et développement des racines latérales, ce scénario pourrait expliquer le système racinaire plus ramifié du mutant brx. En plus, l'auxine est considérée comme un activateur des pompes à protons. Par ailleurs, nous avons montré que les mutants brx ont la capacité d'acidifier le milieu plus efficacement que les plantes sauvages, une caractéristique des populations sauvages <¥Arabidopsis poussant sur des sols acides et contenant les allèles délétés brx. De plus, dans nos résultats nous avons mis en évidence que la plupart des accessions collectées originellement sur des sites acidophiles montre une hypersensibilité au traitement par CLE45. Ceci implique que l'adaptation des plantes aux sols acides repose sur la pression de sélection positive à rencontre des régulateurs négatifs de CLE45- BAM3, situés en amont de la cascade, tel le produit du gène BRX. Les analyses de ces accessions pourraient aboutir à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires responsables de l'adaptation des plantes aux sols acides. Tous nos résultats suggèrent que le ciblage des facteurs affectant la différenciation du protophloème serait une stratégie gagnante dans la sélection naturelle pour changer l'architecture de la racine et ainsi s'adapter efficacement à un nouvel environnement.

The V-ATPase proteolipid cylinder promotes the lipid-mixing stage of SNARE-dependent fusion of yeast vacuoles.

The V-ATPase V(0) sector associates with the peripheral V(1) sector to form a proton pump. V(0) alone has an additional function, facilitating membrane fusion in the endocytic and late exocytic pathways. V(0) contains a hexameric proteolipid cylinder, which might support fusion as proposed in proteinaceous pore models. To test this, we randomly mutagenized proteolipids. We recovered alleles that preserve proton translocation, normal SNARE activation and trans-SNARE pairing but that impair lipid and content mixing. Critical residues were found in all subunits of the proteolipid ring. They concentrate within the bilayer, close to the ring subunit interfaces. The fusion-impairing proteolipid substitutions stabilize the interaction of V(0) with V(1). Deletion of the vacuolar v-SNARE Nyv1 has the same effect, suggesting that both types of mutations similarly alter the conformation of V(0). Also covalent linkage of subunits in the proteolipid cylinder blocks vacuole fusion. We propose that a SNARE-dependent conformational change in V(0) proteolipids might stimulate fusion by creating a hydrophobic crevice that promotes lipid reorientation and formation of a lipidic fusion pore.

Functional expression of PHO1 to the Golgi and trans-Golgi network and its role in export of inorganic phosphate.

Arabidopsis thaliana PHO1 is primarily expressed in the root vascular cylinder and is involved in the transfer of inorganic phosphate (Pi) from roots to shoots. To analyze the role of PHO1 in transport of Pi, we have generated transgenic plants expressing PHO1 in ectopic A. thaliana tissues using an estradiol-inducible promoter. Leaves treated with estradiol showed strong PHO1 expression, leading to detectable accumulation of PHO1 protein. Estradiol-mediated induction of PHO1 in leaves from soil-grown plants, in leaves and roots of plants grown in liquid culture, or in leaf mesophyll protoplasts, was all accompanied by the specific release of Pi to the extracellular medium as early as 2-3 h after addition of estradiol. Net Pi export triggered by PHO1 induction was enhanced by high extracellular Pi and weakly inhibited by the proton-ionophore carbonyl cyanide m-chlorophenylhydrazone. Expression of a PHO1-GFP construct complementing the pho1 mutant revealed GFP expression in punctate structures in the pericycle cells but no fluorescence at the plasma membrane. When expressed in onion epidermal cells or in tobacco mesophyll cells, PHO1-GFP was associated with similar punctate structures that co-localized with the Golgi/trans-Golgi network and uncharacterized vesicles. However, PHO1-GFP could be partially relocated to the plasma membrane in leaves infiltrated with a high-phosphate solution. Together, these results show that PHO1 can trigger Pi export in ectopic plant cells, strongly indicating that PHO1 is itself a Pi exporter. Interestingly, PHO1-mediated Pi export was associated with its localization to the Golgi and trans-Golgi networks, revealing a role for these organelles in Pi transport.

Rhizosphere properties of rice genotypes as influenced by anoxia and availability of zinc and iron

The objective of this work was to study possible mechanisms involved in root-induced changes of rhizosphere physicochemical properties of rice genotypes, under anoxia and low supply of Zn and Fe. Two rice genotypes, including an upland and a lowland ones, were grown in hydroponic medium under adequate and low supply of Zn and Fe, with or without aeration. Anoxia increased shoot dry weight, root length and uptake of Zn and Fe in lowland Amol genotype, but reduced these parameters in upland Gasrol-Dashti genotype. The amount of oxygen released by roots was statistically higher in 'Amol'. The highest acidification potential of roots was observed in the lowland genotype under low supply of Zn, and in the upland genotype under Fe starvation. The highest oxalate (only organic acid detected) exudation from roots was observed in Zn and Fe deficient Gasrol-Dashti genotype. Zinc deficiency caused reduction of alcohol dehydrogenase and stimulation of lactate dehydrogenase activity, particularly in shoot. The ability to induce changes in the rhizosphere properties has a great contribution for the adaptation of both lowland and upland rice genotypes to specific soil conditions.