THE ACUTE EFFECTS OF A SINGLE SESSION OF PLYOMETRIC EXERCISE ON MARKERS OF BONE TURNOVER IN BOYS AND MEN

The study objective was to compare the response of bone markers to an exercise session consisting of high mechanical loading (144 jumps) between boys (n=12, 10.2 ± 0.4 years) and men (n=18, 22.5 ± 0.7 years). Blood samples were collected at pre-, 5, 60 minutes post-, and 24 hours post-exercise) to measure bone-specific alkaline phosphatase (BAP), amino-terminal cross-linking telopeptide (NTx), osteoprotegrin (OPG) and receptor activator of nuclear factor kb ligand (RANKL). Boys had higher BAP levels at all time points, with an increase 24 hours post-exercise. No such increase was observed in men. Likewise, NTx levels were higher in boys, with a greater increase over time than in men. OPG and RANKL levels were similar in boys and men at all times. In summary, even one session of exercise stimulates bone turnover, as reflected in the increase in both BAP and NTx, in boys (but not men) within 24 hours.

Effect of a high fat maternal diet on body composition and bone development in male offspring

Direct high fat (HF) feeding has adverse effects on body composition and bone development in rodents. However, it is unclear whether maternal HF feeding has similar effects in male rat offspring. The objectives of this thesis were to determine if maternal HF feeding altered body composition, plasma hormones, bone development, and bone fatty acid composition in male offspring at weaning and 3 months of age. Maternal HF feeding increased bone mass and altered femur fatty acid composition at weaning, without differences in fat mass, lean mass, plasma hormones, or bone mass (femur or lumbar vertebrae). However, early differences did not persist at 3 months of age or contribute to lower bone strength – following consumption of a control diet post-weaning. These findings suggest that maternal HF feeding can alter body composition and bone development in weanling male offspring, without long-lasting effects if a healthy control diet is consumed post-weaning.

Maternal High Fat Feeding: Impact of Female Offspring Body Composition and Bone Health

High fat diet (HFD) consumption in rodents alters body composition and weakens bones. Whether female offspring of mothers consuming a HFD are similarly affected at weaning and early adulthood is unclear. This research determined whether maternal HFD contributes to long-lasting alterations in body composition and bone health of female offspring. Rats were fed control or HFD for 10 weeks prior to and throughout pregnancy and lactation. Female offspring were studied at weaning or 3 months of age (consumed control diet). Main findings in female offspring: maternal HFD decreased lean mass, increased fat mass and femoral BMD at weaning, but not at 3 months; weanling femoral lipid composition reflected maternal diet, persisting to 3 months of age (decreased total and n6 polyunsaturates, increased saturates); and no differences in femoral strength at 3 months. In summary, 3 month old female offspring have similar body composition and bone health regardless of maternal diet.

Isoflavone exposure throughout suckling results in improved adult bone health in mice

Exposure to isoflavones (ISO), abundant in soy protein infant formula, for the first 5 days of life results in higher bone mineral density (BMD),greater trabecular connectivity and higher fracture load of lumbar vertebrae (LV) at adulthood. The effect of lengthening the duration of exposure to ISO on bone development has not been studied. This study determined if providing ISO for the first 21 days of life, which more closely mimics the duration that infants are fed soy protein formula, results in higher BMD, improved bone structure and greater strength in femurs and LV than a 5-day protocol. Female CD-1 mice were randomized to subcutaneous injections of ISO (7 Q1 mg kg/body weight/day) or corn oil from postnatal day 1 to 21. BMD, structure and strength were measured at the femur and LV at 4 months of age, representing young Q2 adulthood. At the LV, exposure to ISO resulted in higher (P,0.05) BMD, trabecular connectivity and fracture load compared with control (CON). Exposure to ISO also resulted in higher (P,0.05) whole femur BMD, higher (P,0.05) bone volume/total volume and Q3 lower (P,0.05) trabecular separation at the femur neck, as well as greater (P,0.05) fracture load at femur midpoint and femur neck compared with the CON group. Exposure to ISO throughout suckling has favorable effects on LV outcomes, and, unlike previous studies using 5-day exposure to ISO, femur outcomes are also improved. Duration of exposure should be considered when using the CD-1 mouse to model the effect of early life exposure of infants to ISO.

The effect of 17-B estradiol therapy on bone mineral density and structure of alveolar bone in the ovariectomized rat model of postmenopausal osteoporosis

The ovariectomized (OVX) rat, a preclinical model for studying postmenopausal bone loss, may also be used to study differences in alveolar bone (AB). The objectives of this study were to quantify the differences in AB following estrogen replacement therapy (ERT), and to investigate the relationship between AB structure and density, and trabecular bone at the femoral neck (FN) and third lumbar vertebral body (LB3). Estrogen treated rats had a higher bone volume fraction (BV/TV) at the AB region (9.8% P < 0.0001), FN (12% P < 0.0001), and LB3 (11.5% P < 0.0001) compared to the OVX group. BV/TV of the AB was positively correlated with the BV/TV at the FN (r = 0.69 P < 0.0001) and the LB3 (r = 0.75 P < 0.0001). The trabecular number (Tb.N), trabecular separation (Tb.Sp), and structure model index (SMI) were also positively correlated (P < 0.05) between the AB and FN (r = 0.42, 0.49, and 0.73, respectfully) and between the AB and LB3 (r = 0.44, 0.63, and 0.69, respectfully). Given the capacity of AB to respond to ERT, future preclinical drug/nutritional intervention studies aimed at improving skeletal health should include the AB as a region of interest (ROI).

Identification of renin progenitors in the mouse bone marrow that give rise to B-cell leukaemia

cell of origin and triggering events for leukaemia are mostly unknown. Here we show that the bone marrow contains a progenitor that expresses renin throughout development and possesses a B-lymphocyte pedigree. This cell requires RBP-J to differentiate. Deletion of RBP-J in these renin-expressing progenitors enriches the precursor B-cell gene programme and constrains lymphocyte differentiation, facilitated by H3K4me3 activating marks in genes that control the pre-B stage. Mutant cells undergo neoplastic transformation, and mice develop a highly penetrant B-cell leukaemia with multi-organ infiltration and early death. These reninexpressing cells appear uniquely vulnerable as other conditional models of RBP-J deletion do not result in leukaemia. The discovery of these unique renin progenitors in the bone marrow and the model of leukaemia described herein may enhance our understanding of normal and neoplastic haematopoiesis.

Does bracing affect bone health in women with adolescent idiopathic scoliosis?

Purpose: Adolescent idiopathic scoliosis (AIS) is often associated with low bone mineral content and density (BMC, BMD). Bracing, used to manage spine curvature, may interfere with the growth-related BMC accrual, resulting in reduced bone strength into adulthood. The purpose of this study was to assess the effects of brace treatment on BMC in adult women, diagnosed with AIS and braced in early adolescence. Methods: Participants included women with AIS who: (i) underwent brace treatment (AIS-B, n = 15, 25.6 ± 5.8 yrs), (ii) underwent no treatment (AIS, n = 15, 24.0 ± 4.0 yrs), and (iii) a healthy comparison group (CON, n = 19, 23.5 ± 3.8 yrs). BMC and body composition were assessed using dual-energy X-ray absorptiometry. Differences between groups were examined using a oneway ANOVA or ANCOVA, as appropriate. Results: AIS-B underwent brace treatment 27.9 ± 21.6 months, for 18.0 ± 5.4 h/d. Femoral neck BMC was lower (p = 0.06) in AIS-B (4.54 ± 0.10 g) compared with AIS (4.89 ± 0.61 g) and CON (5.07 ± 0.58 g). Controlling for lean body mass, calcium and vitamin D daily intake, and strenuous physical activity, femoral neck BMC was statistically different (p = 0.02) between groups. A similar pattern was observed at other lower extremity sites (p < 0.05), but not in the spine or upper extremities. BMC and BMD did not correlate with duration of brace treatment, duration of daily brace wear, or overall physical activity. Conclusion: Young women with AIS, especially those who were treated with a brace, have significantly lower BMC in their lower limbs compared to women without AIS. However, the lack of a relationship between brace treatment duration during adolescence and BMC during young adulthood, suggests that the brace treatment is not the likely mechanism of the low BMC.

Efecto de la oxidación de lípidos en harina de subproductos de atún sobre el crecimiento del camarón blanco (Penaeus vannamei Bone) en condiciones de laboratorio

Tesis (Maestría en Ciencias con Especialidad en Recursos Alimenticiosy Produccisn Acumcola) UANL

Bone mineral density measurement and osteoporosis treatment after a fragility fracture in older adults: regional variation and determinants of use in Quebec

Affiliation: Pierre Dagenais : Hôpital Maisonneuve-Rosemont, Faculté de médecine, Université de Montréal

Impacts de la fertilisation phosphatée sur la biodiversité microbienne de sols agricoles

La fertilisation phosphatée est très répandue dans les pratiques agricoles Nord-Américaines. Bien que généralement très efficace pour augmenter la production végétale, son utilisation peut engendrer certaines contaminations environnementales. Afin de diminuer ce problème, plusieurs pratiques de gestion sont envisagées. Parmi celles-ci, on retrouve l’intéressante possibilité de manipuler la flore microbienne car cette dernière est reconnue pour son implication dans bons nombres de processus fondamentaux liés à la fertilité du sol. Cette étude a démontré que lors d’essais en champs, la forme de fertilisant ajouté au sol ainsi que la dose de phosphore (P) appliquée avaient un impact sur la distribution des microorganismes dans les différentes parcelles. Une première expérience menée sur une culture de luzerne en prairie semi-aride a montré que les échantillons provenant de parcelles ayant reçu différentes doses de P présentaient des différences significatives dans leurs communautés bactériennes et fongiques. La communauté de CMA est restée similaire entre les différents traitements. Une deuxième expérience fut menée pendant trois saisons consécutives afin de déterminer l’effet de différentes formes de fertilisation organiques et minérale ajustées selon une dose unique de P sur les populations bactériennes et fongiques d’une culture intensive de maïs en rotation avec du soja. Les résultats des analyses ont montrés que les populations varient selon le type de fertilisation reçu et que les changements sont indépendants du type de végétaux cultivé. Par contre, les populations microbiennes subissent une variation plus marquée au cours de la saison de culture. La technique de DGGE a permis d’observer les changements frappant la diversité microbienne du sol mais n’a permis d’identifier qu’une faible proportion des organismes en cause. Parallèlement à cette deuxième étude, une seconde expérience au même site fut menée sur la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) puisqu’il s’agit d’organismes vivant en symbiose mutualiste avec la majorité des plantes et favorisant la nutrition de même que l’augmentation de la résistance aux stress de l’hôte. Ceci permit d’identifier et de comparer les différents CMA présents dans des échantillons de sol et de racines de maïs et soja. Contrairement aux bactéries et aux champignons en général, les CMA présentaient une diversité très stable lors des différents traitements. Par contre, au cours des trois années expérimentales, il a été noté que certains ribotypes étaient significativement plus liés au sol ou aux racines. Finalement, l’ensemble de l’étude a démontré que la fertilisation phosphatée affecte la structure des communautés microbiennes du sol dans les systèmes évalués. Cependant, lors de chaque expérience, la date d’échantillonnage jouait également un rôle prépondérant sur la distribution des organismes. Plusieurs paramètres du sol furent aussi mesurés et ils présentaient aussi une variation au cours de la saison. L’ensemble des interactions possibles entre ces différents paramètres qui, dans certains cas, variaient selon le traitement appliqué, aurait alors probablement plus d’impact sur la biodiversité microbienne que la seule fertilisation.

Étude du rôle spécifique du système à deux composantes PhoBR et du système Pst (phosphate specific transport) dans la virulence d’une souche pathogène aviaire de Escherichia coli (APEC)

Les souches d’Escherichia coli pathogènes aviaires (APEC) sont responsables d’infections respiratoires et de septicémies chez la volaille. Le régulon Pho est contrôlé conjointement par le système à deux composantes PhoBR et par le système de transport spécifique du phosphate (Pst). Afin de déterminer l’implication de PhoBR et du système Pst dans la pathogenèse de la souche APEC O78 χ7122, différentes souche mutantes phoBR et pst ont été testées pour divers traits de virulence in vivo et in vitro. Les mutations menant à l’activation constitutive du régulon Pho rendaient les souches plus sensibles au peroxyde d’hydrogène et au sérum de lapin comparativement à la souche sauvage. De plus, l’expression des fimbriae de type 1 était affectée chez ces souches. L’ensemble des mutants Pho-constitutifs étaient aussi significativement moins virulents que la souche sauvage dans un modèle de coinfection de poulet, incluant les souches avec un système Pst fonctionnel. De plus, l’inactivation du régulateur PhoB chez un mutant Pst restaure la virulence. Par ailleurs, l’inactivation de PhoB n’affecte pas la virulence de la souche χ7122 dans notre modèle. De manière intéressante, le degré d’atténuation des souches mutantes corrèle directement avec le niveau d’activation du régulon Pho. Globalement, les résultats indiquent que l’activation du régulon Pho plutôt que le transport du phosphate via le système Pst joue un rôle majeur dans l’atténuation des APEC.

Contrôle de l'expression de la protéine PHEX et rôle de PHEX et FGF23 dans la minéralisation par les cellules MC3T3

PHEX est une protéine importante dans le processus de minéralisation osseuse. Des mutations ou la délétion d’une partie de ce gène causent l’hypophosphatémie liée au chromosome X (XLH). Cette maladie est caractérisée par une hypophosphatémie, accompagnée de défauts de minéralisation, de rachitisme et de lésions ostéomalaciques. Avec l’hypophosphatémie, les taux circulants de vitamine D devraient être augmentés, ce qui n’est pas le cas d’où une régulation anormale de la production de vitamine D a lieu. Cependant, malgré le fait que cette protéine soit une peptidase, aucun substrat physiologique n’a encore été répertorié pour PHEX. PHEX est une protéine membranaire de type II de la famille M13 des métalloendopeptidases à zinc possédant un court domaine N-terminal cytosolique, un segment transmembrannaire d’environ 20 acides aminés et une large portion C-terminale extracellulaire où se trouve le site actif de l’enzyme. PHEX est exprimée de façon majoritaire dans les os et dans les dents et elle apparaît à l’initiation de la minéralisation. Les patients souffrant de XLH et la souris Hyp, qui est un modèle animal de la maladie humaine, montrent des quantités importantes de la protéine FGF23. De plus, FGF23 est impliqué dans une autre maladie reliée au métabolisme du phosphate, l’hypophosphatémie rachitique autosomale dominante (ADHR) où des mutations de FGF23 causent sensiblement les mêmes symptômes que XLH. FGF23 est produit principalement par les ostéoblastes et les ostéocytes. FGF23 cause une hypophosphatémie par la diminution de l’expression du cotransporteur NaPi de type II, responsable de la réabsorption du phosphate rénal. L’hypothèse proposée dans la littérature serait que PHEX activerait ou inactiverait des peptides importants pour la minéralisation osseuse. Plus spécifiquement, l’activation ou l’inactivation de ces peptides aurait pour rôle de réguler les quantités de FGF23. Selon l’hypothèse mentionnée précédemment, la régulation de PHEX pourrait donc avoir un effet sur la minéralisation. Une quantité croissante de données sur la régulation de PHEX sont maintenant disponibles. Par exemple, la vitamine D diminue l’expression de PHEX tandis que les glucocorticoïdes et l’hormone de croissance augmentent son expression. Dans une première étude, nous avons voulu déterminer si un peptide relié à la minéralisation osseuse, le PTHrP1-34, pouvait réguler l’expression de PHEX. Nous avons déterminé que le PTHrP1-34 peut réguler de façon négative l’expression de PHEX dans les cellules UMR-106, une lignée cellulaire ostéoblastique. Cette régulation passe par la voie de l’AMPc/protéine kinase A. De plus, cette diminution d’expression est également observée au jour 7 dans des cultures primaires d’ostéoblastes de rat en minéralisation. Par la suite, nous avons étudié un mutant de PHEX, le mutant E4Q retrouvé chez un patient souffrant de XLH, où la mutation se retrouve dans le domaine cytosolique de PHEX. Cette mutation n’interfère pas avec le site catalytique de l’enzyme puisque ce mutant de PHEX peut tout aussi bien cliver un substrat synthétique que la protéine sauvage. Il a été déterminé que cette mutation annule un motif di-acide. Nous avons démontré que ce motif di-acide est responsable de la liaison de PHEX à COPII, responsable de la formation de vésicules de sécrétion. De plus, il semblerait que ce motif soit important, probablement par son interaction avec COPII, à l’incorporation de PHEX dans des vésicules de calcification, lesdites vésicules étant importantes dans le processus de minéralisation. Finalement, des essais de compétitions ont démontré que la minéralisation pouvait être perturbée lorsque l’on surexprimait la queue cytosolique sauvage de PHEX, contrairement à la queue mutée. Ceci suggère possiblement que l’interaction avec COPII menant à l’incorporation de PHEX dans les vésicules de calcification ou d’autres protéines comprenant de tels motifs pourrait être importante pour la minéralisation. Finalement, la dernière étude porte sur la protéine FGF23. Nous avons démontré, par la surexpression de FGF23 dans la lignée MC3T3 d’ostéoblastes de souris, que cette surexpression a un effet sur la sénescence de ces cellules. En effet, des essais de sénescence ont montré l’augmentation de celle-ci lorsque FGF23 est surexprimé. Par contre, la prolifération n’est pas altérée. De plus, il semblerait que la différenciation soit plus rapide, tel qu’observé par une minéralisation survenant plus tôt, mais n’étant pas plus importante. Bref, la surexpression de FGF23 semblerait faire en sorte que les ostéoblastes se différencient plus rapidement et passent donc à un état de sénescence prématuré comparativement aux cellules sauvages. Ceci est en accord avec la littérature où KLOTHO, un cofacteur de FGF23 permettant sa liaison avec une plus grande affinité sur son récepteur, lorsqu’inactivé démontre un phénotype similaire au vieillissement incluant un phénotype de sénescence.

A detailed study of the lithiation of iron phosphate as well as the development of a novel synthesis of lithium iron silicate as cathode material for lithium-ion batteries

Dans cette thèse nous démontrons le travail fait sur deux matériaux de cathodes pour les piles lithium-ion. Dans la première partie, nous avons préparé du phosphate de fer lithié (LiFePO4) par deux méthodes de lithiation présentées dans la littérature qui utilisent du phosphate de fer (FePO4) amorphe comme précurseur. Pour les deux méthodes, le produit obtenu à chaque étape de la synthèse a été analysé par la spectroscopie Mössbauer ainsi que par diffraction des rayons X (DRX) pour mieux comprendre le mécanisme de la réaction. Les résultats de ces analyses ont été publiés dans Journal of Power Sources. Le deuxième matériau de cathode qui a été étudié est le silicate de fer lithié (Li2FeSiO4). Une nouvelle méthode de synthèse a été développée pour obtenir le silicate de fer lithié en utilisant des produits chimiques peu couteux ainsi que de l’équipement de laboratoire de base. Le matériau a été obtenu par une synthèse à l’état solide. Les performances électrochimiques ont été obtenues après une étape de broyage et un dépôt d’une couche de carbone. Un essai a été fait pour synthétiser une version substituée du silicate de fer lithié dans le but d’augmenter les performances électrochimiques de ce matériau.

Étude transcriptionnelle d'une souche pathogène aviaire de Escherichia coli (APEC) et son mutant Pst (phosphate specific transport)

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

Caractérisation de nouveaux mécanismes transcriptionnels impliqués dans la biologie osseuse

Le développement et l'homéostasie des os requièrent l'orchestration spatio-temporelle d'un grand nombre de signaux moléculaires. Ces signaux entraînent l'activation ou l'inhibition de différents facteurs de transcription, lesquels sont en mesure de contrôler la prolifération et la différenciation des ostéoblastes et des chondrocytes. L'intégrité de ces différents mécanismes se doit d'être maintenu tout au long de la vie. Ainsi, une anomalie dans l'un de ces mécanismes conduit à l'apparition de pathologies osseuses et métaboliques telles qu’une hypophosphatémie, l'ostéoporose ou l'ostéoarthrite (OA). Afin d'en apprendre davantage sur la biologie osseuse, le projet décrit dans cette thèse a pour objectif de caractériser de nouveaux mécanismes de régulation transcriptionnelle pour deux gènes importants dans le développement des os et le maintien de leur intégrité. Il s’agit du Paired-like Homeodomain Transcription Factor 1 (PITX1) et du Phosphate-regulating gene with homology to endopeptidase on the X chromosome (PHEX). Le premier mécanisme présenté dans cette thèse concerne la régulation transcriptionnelle du gène PITX1, un facteur de transcription à homéodomaine nécessaire, notamment, au développement des os des membres inférieurs et au maintien de l'intégrité du cartilage articulaire chez l'adulte. Ainsi, dans les chondrocytes articulaires, on note que l'expression de PITX1 est assurée par le recrutement du facteur de transcription E2F1 à deux éléments de réponse présents dans la région proximale du promoteur de PITX1. Aussi, dans les chondrocytes articulaires de patients souffrant d'OA, dans lesquels l'expression de PITX1 est fortement diminuée, un mécanisme de répression transcriptionnelle, lequel implique la protéine multifonctionnelle Prohibitin (PHB1), semble être activé. En effet, dans ces chondroytes, on note une forte accumulation nucléaire de PHB1 comparativement aux chondrocytes articulaires de sujets sains. Le second mécanisme présenté dans cette thèse concerne la répression transcriptionnelle de PHEX, la peptidase mutée dans le syndrome d'hypophosphatémie lié au chromosome X (X-Linked Hypophosphatemia, XLH), lequel se caractérise par une hypophosphatémie et une ostéomalacie. Le traitement d'ostéoblastes à la Parathyroid hormone-related protein (PTHrP) permet d’observer la répression de PHEX. Afin de caractériser le mécanisme responsable de cette répression, des expériences de gènes rapporteurs ont révélé la présence de deux éléments de réponse pour le répresseur transcriptionnel E4BP4 dans le promoteur de PHEX. La suppression de l'expression d'E4BP4 par l'utilisation d'ARN d'interférence a permis de valider que ce facteur de transcription est responsable de la répression de PHEX suite au traitement d'ostéoblastes à la PTHrP. En somme ces nouveaux mécanismes de régulation transcriptionnelle permettent de mieux comprendre la régulation de l'expression de PITX1 et de PHEX. Aussi, cette nouvelle implication de PHB1 dans la pathogenèse de l'OA offre de nouvelles possibilités de traitement et pourrait servir pour le diagnostic précoce de cette pathologie. Enfin, la caractérisation d'E4BP4 en tant que médiateur pour la répression de PHEX par la PTHrP suggère que ce répresseur transcriptionnel pourrait être impliqué dans le contrôle de la minéralisation des os et des niveaux de phosphate sanguin.