Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Devenir environnemental des antidépresseurs dans les rejets urbains par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem

Les troubles reliés à la dépression, l’épuisement professionnel et l’anxiété sont de plus en plus répandus dans notre société moderne. La consommation croissante d’antidépresseurs dans les différents pays du monde est responsable de la récente détection de résidus à l’état de traces dans les rejets urbains municipaux. Ainsi, ces substances dites « émergentes » qui possèdent une activité pharmacologique destinée à la régulation de certains neurotransmetteurs dans le cerveau suscitent maintenant de nombreuses inquiétudes de la part de la communauté scientifique. L’objectif principal de ce projet de doctorat a été de mieux comprendre le devenir de plusieurs classes d’antidépresseurs présents dans diverses matrices environnementales (i.e. eaux de surfaces, eaux usées, boues de traitement, tissus biologiques) en développant de nouvelles méthodes analytiques fiables capables de les détecter, quantifier et confirmer par chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (LC-QqQMS, LC-QqToFMS). Une première étude complétée à la station d’épuration de la ville de Montréal a permis de confirmer la présence de six antidépresseurs et quatre métabolites N-desmethyl dans les affluents (2 - 330 ng L-1). Pour ce traitement primaire (physico-chimique), de faibles taux d’enlèvement (≤ 15%) ont été obtenus. Des concentrations d’antidépresseurs atteignant près de 100 ng L-1 ont également été détectées dans le fleuve St-Laurent à 0.5 km du point de rejet de la station d’épuration. Une seconde étude menée à la même station a permis l’extraction sélective d’antidépresseurs dans trois tissus (i.e. foie, cerveau et filet) de truites mouchetées juvéniles exposées à différentes concentrations d’effluent dilué traité et non-traité à l’ozone. Un certain potentiel de bioaccumulation dans les tissus (0.08-10 ng g-1) a été observé pour les spécimens exposés à l’effluent non-traité (20% v/v) avec distribution majoritaire dans le foie et le cerveau. Une intéressante corrélation a été établie entre les concentrations de trois antidépresseurs dans le cerveau et l’activité d’un biomarqueur d’exposition (i.e. pompe N/K ATPase impliquée dans la régulation de la sérotonine) mesurée à partir de synaptosomes de truites exposées aux effluents. Une investigation de l’efficacité de plusieurs stations d’épuration canadiennes opérant différents types de traitements a permis de constater que les traitements secondaires (biologiques) étaient plus performants que ceux primaires (physico-chimiques) pour enlever les antidépresseurs (taux moyen d’enlèvement : 30%). Les teneurs les plus élevées dans les boues traitées (biosolides) ont été obtenues avec le citalopram (1033 ng g-1), la venlafaxine (833 ng g-1) et l’amitriptyline (78 ng g-1). Des coefficients de sorption expérimentaux (Kd) calculés pour chacun des antidépresseurs ont permis d’estimer une grande sorption des composés sertraline, desméthylsertraline, paroxetine et fluoxetine sur les solides (log Kd > 4). Finalement, un excellent taux d’enlèvement moyen de 88% a été obtenu après ozonation (5 mg L-1) d’un effluent primaire. Toutefois, la caractérisation de nouveaux sous-produits N-oxyde (venlafaxine, desmethylvenlafaxine) par spectrométrie de masse à haute résolution (LC-QqToFMS) dans l’effluent traité à l’ozone a mis en lumière la possibilité de formation de multiples composés polaires de toxicité inconnue.

Regenerative potential of corneal endothelium from patients with fuchs endothelial corneal dystrophy

La dystrophie cornéenne endothéliale de Fuchs (FECD, pour l’abréviation du terme anglais « Fuchs endothelial corneal dystrophy ») est une maladie de l'endothélium cornéen. Sa pathogenèse est mal connue. Aucun traitement médical n’est efficace. Le seul traitement existant est chirurgical et consiste dans le remplacement de l’endothélium pathologique par un endothélium sain provenant de cornées de la Banque des yeux. Le traitement chirurgical, en revanche, comporte 10% de rejet immunologique. Des modèles expérimentaux sont donc nécessaires afin de mieux comprendre cette maladie ainsi que pour le développement de traitements alternatifs. Le but général de cette thèse est de développer un modèle expérimental de la FECD en utilisant le génie tissulaire. Ceci a été réalisé en trois étapes. 1) Tout d'abord, l'endothélium cornéen a été reconstruit par génie tissulaire en utilisant des cellules endothéliales en culture, provenant de patients atteints de FECD. Ce modèle a ensuite été caractérisé in vitro. Brièvement, les cellules endothéliales cornéennes FECD ont été isolées à partir de membranes de Descemet prélevées lors de greffes de cornée. Les cellules au deuxième ou troisième passages ont ensuite été ensemencées sur une cornée humaine préalablement décellularisée. Suivant 2 semaines de culture, les endothélia cornéens reconstruits FECD (n = 6) ont été évalués à l'aide d'histologie, de microscopie électronique à transmission et d’immunomarquages de différentes protéines. Les endothélia cornéens reconstruits FECD ont formé une monocouche de cellules polygonales bien adhérées à la membrane de Descemet. Les immunomarquages ont démontré la présence des protéines importantes pour la fonctionnalité de l’endothélium cornéen telles que Na+-K+/ATPase α1 et Na+/HCO3-, ainsi qu’une expression faible et uniforme de la protéine clusterine. 2) Deux techniques chirurgicales (DSAEK ; pour « Descemet stripping automated endothelial keratoplasty » et la kératoplastie pénétrante) ont été comparées pour la transplantation cornéenne dans le modèle animal félin. Les paramètres comparés incluaient les défis chirurgicaux et les résultats cliniques. La technique « DSAEK » a été difficile à effectuer dans le modèle félin. Une formation rapide de fibrine a été observée dans tous les cas DSAEK (n = 5). 3) Finalement, la fonctionnalité in vivo des endothélia cornéens reconstruits FECD a été évaluée (n = 7). Les évaluations in vivo comprenaient la transparence, la pachymétrie et la tomographie par cohérence optique. Les évaluations post-mortem incluaient la morphométrie des cellules endothéliales, la microscopie électronique à transmission et des immunomarquage de protéines liées à la fonctionnalité. Après la transplantation, la pachymétrie a progressivement diminué et la transparence a progressivement augmenté. Sept jours après la transplantation, 6 des 7 greffes étaient claires. La microscopie électronique à transmission a montré la présence de matériel fibrillaire sous-endothélial dans toutes les greffes d’endothelia reconstruits FECD. Les endothélia reconstruits exprimaient aussi des protéines Na+-K+/ATPase et Na+/HCO3-. En résumé, cette thèse démontre que les cellules endothéliales de la cornée à un stade avancé FECD peuvent être utilisées pour reconstruire un endothélium cornéen par génie tissulaire. La kératoplastie pénétrante a été démontrée comme étant la procédure la plus appropriée pour transplanter ces tissus reconstruits dans l’œil du modèle animal félin. La restauration de l'épaisseur cornéenne et de la transparence démontrent que les greffons reconstruits FECD sont fonctionnels in vivo. Ces nouveaux modèles FECD démontrent une réhabilitation des cellules FECD, permettant d’utiliser le génie tissulaire pour reconstruire des endothelia fonctionnels à partir de cellules dystrophiques. Les applications potentielles sont nombreuses, y compris des études physiopathologiques et pharmacologiques.

Caractérisation de la voie de signalisation du récepteur des minéralocorticoïdes dans le rein foetal suite à une restriction de croissance intrautérine

La restriction de croissance intrautérine (RCIU) est associée à l’apparition de maladies à l’âge adulte et le phénotype de la condition pathologique peut être différent selon le sexe. Notre laboratoire a développé un modèle de RCIU chez le rat en administrant une diète faible en sodium lors du dernier tiers de la gestation entraînant une réduction de l’expansion volémique maternelle et de la perfusion utéroplacentaire. L'activité rénine et la concentration d'aldostérone plasmatique sont augmentées chez la mère et les foetus RCIU. Antérieurement, notre laboratoire a démontré une augmentation de l’expression génique et protéique rénale de la Na+-K+-ATPase-α1 uniquement chez les foetus femelles RCIU. Ainsi, nous émettons l’hypothèse que la diminution du volume circulant chez la rate gestante entraîne une augmentation et une expression différentielle, selon le sexe, des éléments de la cascade de signalisation du récepteur des minéralocorticoïdes (MR) dans les reins de foetus RCIU. L’expression des gènes est réalisée par qRT-PCR et celle des protéines par immunobuvardage de type Western. Bien que les résultats démontrent que la transcription génique de SGK1, α-ENaC et GILZ soit augmentée dans les reins de foetus RCIU, l’expression protéique de SGK1, pSGK1(Thr 256) et α-ENaC est similaire à celle des témoins. La protéine GILZ est indétectable. Pour CNKSR3, aucune différence de l’ARNm ou de la protéine n’a été observée entre les deux groupes. Par contre, même si l’expression génique du MR n’est pas différente, l’expression protéique est diminuée chez les RCIU. Aucun effet du sexe n’a été observé. En conclusion, l’augmentation d'aldostérone plasmatique chez les foetus ayant subi une RCIU stimule la transcription des gènes associés à la voie de réabsorption sodique, mais la quantité protéique demeure inchangée. Ceci suggère qu’il peut avoir des mécanismes de régulation post-transcriptionnelle ou une dégradation accélérée des protéines. Malgré la pertinence du sexe dans le développement de maladies, le sexe n’influence pas l’expression des composantes de la voie de rétention sodique chez le foetus. Il serait important de suivre cette voie en fonction de l’âge et de corréler les expressions génique et protéique avec l’apparition de maladies.

Modulation of endothelial cell KCa3.1 Channels during endothelium-derived hyperpolarizing factor signaling in mesenteric resistance arteries

Arterial hyperpolarization to acetylcholine (ACh) reflects coactivation of KCa3.1 (IKCa) channels and KCa2.3 (SKCa) channels in the endothelium that transfers through myoendothelial gap junctions and diffusible factor(s) to affect smooth muscle relaxation (endothelium-derived hyperpolarizing factor [EDHF] response). However, ACh can differentially activate KCa3.1 and KCa2.3 channels, and we investigated the mechanisms responsible in rat mesenteric arteries. KCa3.1 channel input to EDHF hyperpolarization was enhanced by reducing external [Ca2+]o but blocked either with forskolin to activate protein kinase A or by limiting smooth muscle [Ca2+]i increases stimulated by phenylephrine depolarization. Imaging [Ca2+]i within the endothelial cell projections forming myoendothelial gap junctions revealed increases in cytoplasmic [Ca2+]i during endothelial stimulation with ACh that were unaffected by simultaneous increases in muscle [Ca2+]i evoked by phenylephrine. If gap junctions were uncoupled, KCa3.1 channels became the predominant input to EDHF hyperpolarization, and relaxation was inhibited with ouabain, implicating a crucial link through Na+/K+-ATPase. There was no evidence for an equivalent link through KCa2.3 channels nor between these channels and the putative EDHF pathway involving natriuretic peptide receptor-C. Reconstruction of confocal z-stack images from pressurized arteries revealed KCa2.3 immunostain at endothelial cell borders, including endothelial cell projections, whereas KCa3.1 channels and Na+/K+-ATPase {alpha}2/{alpha}3 subunits were highly concentrated in endothelial cell projections and adjacent to myoendothelial gap junctions. Thus, extracellular [Ca2+]o appears to modify KCa3.1 channel activity through a protein kinase A-dependent mechanism independent of changes in endothelial [Ca2+]i. The resulting hyperpolarization links to arterial relaxation largely through Na+/K+-ATPase, possibly reflecting K+ acting as an EDHF. In contrast, KCa2.3 hyperpolarization appears mainly to affect relaxation through myoendothelial gap junctions. Overall, these data suggest that K+ and myoendothelial coupling evoke EDHF-mediated relaxation through distinct, definable pathways.

Evidence both L-type and non-L-type voltage-dependent calcium channels contribute to cerebral artery vasospasm following loss of NO in the rat

We recently found block of NO synthase in rat middle cerebral artery caused spasm, associated with depolarizing oscillations in membrane potential (Em) similar in form but faster in frequency (circa 1 Hz) to vasomotion. T-type voltage-gated Ca2+ channels contribute to cerebral myogenic tone and vasomotion, so we investigated the significance of T-type and other ion channels for membrane potential oscillations underlying arterial spasm. Smooth muscle cell membrane potential (Em) and tension were measured simultaneously in rat middle cerebral artery. NO synthase blockade caused temporally coupled depolarizing oscillations in cerebrovascular Em with associated vasoconstriction. Both events were accentuated by block of smooth muscle BKCa. Block of T-type channels or inhibition of Na+/K+-ATPase abolished the oscillations in Em and reduced vasoconstriction. Oscillations in Em were either attenuated or accentuated by reducing [Ca2+]o or block of KV, respectively. TRAM-34 attenuated oscillations in both Em and tone, apparently independent of effects against KCa3.1. Thus, rapid depolarizing oscillations in Em and tone observed after endothelial function has been disrupted reflect input from T-type calcium channels in addition to L-type channels, while other depolarizing currents appear to be unimportant. These data suggest that combined block of T and L-type channels may represent an effective approach to reverse cerebral vasospasm.

Apolipoprotein E genotype is related to nitric oxide production in platelets

The presence of the, 4 allele of apolipoprotein E (APOE) is considered a risk factor for sporadic Alzheimer`s disease (AD). Our recent data demonstrated that the systemic modulation of oxidative stress in platelets and erythrocytes is disrupted in aging and AD. In this study, the relationship between APOE genotype and oxidative stress markers, both in AD patients and controls, was evaluated. The AD group showed an increase in the content of thiobarbituric acid-reactive substances (TBARS) and in the activities of nitric oxide synthase (NOS) and Na, K-ATPase, when compared to controls. Both groups had a similar cGMP content and superoxide dismutase activity. APOE epsilon 4 allele carriers showed higher NOS activity than non-carriers. These results suggest a possible influence of APOE genotype on nitric oxide (NO) production that might enhance the effects of age-related specific factor(s) associated with neurodegenerative disorders. Copyright (C) 2008 John Wiley & Sons, Ltd.

Long-Term Ouabain Treatment Impairs Vascular Function in Resistance Arteries

Background/Aims: The purpose of this study was to examine the cardiovascular effects of long-term ouabain treatment at different time points. Methods: Systolic blood pressure (SBP) was measured by tail-cuff method in male Wistar rats treated with ouabain (approx. 8.0 mu g.day(-1)) or vehicle for 5, 10 and 20 weeks. Afterwards, vascular function was assessed in mesenteric resistance arteries (MRA) using a wire myograph. ROS production and COX-1 and COX-2, TNF-alpha, and IL-6 protein expression were investigated. Results: SBP was increased by ouabain treatment up to the 6th week and remained stable until the 20th week. However, noradrenaline-induced contraction increased only in MRA in rats treated with ouabain for 20 weeks. NOS inhibition and endothelium removal increased the noradrenaline response, but to a smaller magnitude in MRA in the ouabain group. Moreover, inhibition of COX-2 or incubation with superoxide dismutase restores noradrenaline-induced contraction in the 20-week ouabain group to control levels. ROS production as well as COX-2, IL-6 and TNF-alpha protein expression increased in MRA in this group. Conclusion: Although ouabain treatment induced hypertension in all groups, a larger noradrenaline induced contraction was observed over 20 weeks of treatment. This vascular dysfunction was related to COX-2-derived prostanoids and oxidative stress, increased pro-inflammatory cytokines and reduced NO bioavailability. Copyright (C) 2011 S. Karger AG, Basel

Acid-base transport by the renal distal nephron

The functional versatility of the distal nephron is mainly due to the large cytological heterogeneity of the segment. Part of Na(+) uptake by distal tubules is dependent on Na(+)/H(+). exchanger 2 (NHE2), implicating a role of distal convoluted cells also in acid-base homeostasis. In addition, intercalated (IC) cells expressed in distal convoluted tubules, connecting tubules and collecting ducts are involved in the final regulation of acid-base excretion. IC cells regulate acid-base handling by 2 main transport proteins, a V-type H(+)-ATPase and a Cl/HCO(3)(-) exchanger, localized at different membrane domains. Type A IC cells are characterized by a luminal H(+)-ATPase in series with a basolateral Cl/HCO(3)(-) exchanger, the anion exchanger AE1. Type B IC cells mediate HCO(3)(-) secretion through the apical Cl(-)/HCO(3)(-) exchanger pendrin in series with a H(+)-ATPase at the basolateral membrane. Alternatively, H(+)/K(+)-ATPases have also been found in several distal tubule cells, particularly in type A and B IC cells. All of these mechanisms are finely regulated, and mutations of 1 or more proteins ultimately lead to expressive disorders of acid-base balance.

The combined effect of copper and low pH on antioxidant defenses and biochemical parameters in neotropical fish pacu, Piaractus mesopotamicus (Holmberg, 1887)

Copper sulfate is widely used in aquaculture. Exposure to this compound can be harmful to fish, resulting in oxidative metabolism alterations and gill tissue damage. Pacu, Piaractus mesopotamicus, (wt = 43.4 +/- A 3.35 g) were distributed in experimental tanks (n = 10; 180 l) and exposed for 48 h to control (without copper addition), 0.4Cu (0.4 mg l(-1)), 0CupH (without copper addition, pH = 5.0) and 0.4CupH (0.4 mg l(-1), pH = 5.0). In liver and red muscle, the superoxide dismutase (SOD) was responsive to the increases in the aquatic copper. The plasmatic intermediary metabolites and hematological variables in the fish of group 0.4Cu were similar to those of the control group. Conversely, the exposure to 0.4CupH caused an increase in the plasmatic lactate, number of red blood cells (RBC) and hemoglobin (Hb). Plasmatic copper concentration [Cu(p)] increased in group 0.4Cu and 0.4CupH, which is higher in group 0.4CupH, suggests an effect of water pH on the absorbed copper. Exposure to 0.4Cu and 0.4CupH resulted in a reduction in the Na(+)/K(+)-ATPase activity and an increase in metallothionein (MT) in the gills. Exposure to 0CupH caused a decrease in glucose and pyruvate concentrations and an increase in RBC, Hb, and the branchial Na(+)/K(+)-ATPase activity. These responses suggest that the fish triggered mechanisms to revert the blood acidosis, save energy and increase the oxygen uptake. MT was an effective biomarker, responding to copper in different pHs and dissolved oxygen. Combined-factors caused more significant disturbance in the biomarkers than single-factors.

cis-4-decenoic acid provokes mitochondrial bioenergetic dysfunction in rat brain

Aims: In the present work we investigated the in vitro effect of cis-4-decenoic acid, the pathognomonic metabolite of medium-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency, on various parameters of bioenergetic homeostasis in rat brain mitochondria. Main methods: Respiratory parameters determined by oxygen consumption were evaluated, as well as membrane potential, NAD(P)H content, swelling and cytochrome c release in mitochondrial preparations from rat brain, using glutamate plus malate or succinate as substrates. The activities of citric acid cycle enzymes were also assessed. Key findings: cis-4-decenoic acid markedly increased state 4 respiration, whereas state 3 respiration and the respiratory control ratio were decreased. The ADP/O ratio, the mitochondrial membrane potential, the matrix NAD(P)H levels and aconitase activity were also diminished by cis-4-decenoic acid. These data indicate that this fatty acid acts as an uncoupler of oxidative phosphorylation and as a metabolic inhibitor. cis-4-decenoic acid also provoked a marked mitochondrial swelling when either KCl or sucrose was used in the incubation medium and also induced cytochrome c release from mitochondria, suggesting a non-selective permeabilization of the inner mitochondria! membrane. Significance: It is therefore presumed that impairment of mitochondrial homeostasis provoked by cis-4-decenoic acid may be involved in the brain dysfunction observed in medium-chain acyl-CoA dehydrogenase deficient patients. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Urea-based osmoregulation in the developing embryo of oviparous cartilaginous fish (Callorhinchus milii) : contribution of the extraembryonic yolk sac during the early developmental period

Marine cartilaginous fish retain a high concentration of urea to maintain the plasma slightly hyperosmotic to the surrounding seawater. In adult fish, urea is produced by hepatic and extrahepatic ornithine urea cycles (OUCs). However, little is known about the urea retention mechanism in developing cartilaginous fish embryos. In order to address the question as to the mechanism of urea-based osmoregulation in developing embryos, the present study examined the gene expression profiles of OUC enzymes in oviparous holocephalan elephant fish (Callorhinchus milii) embryos. We found that the yolk sac membrane (YSM) makes an important contribution to the ureosmotic strategy of the early embryonic period. The expression of OUC enzyme genes was detectable in the embryonic body from at least stage 28, and increased markedly during development to hatching, which is most probably due to growth of the liver. During the early developmental period, however, the expression of OUC enzyme genes was not prominent in the embryonic body. Meanwhile, we found that the mRNA expression of OUC enzymes was detected in the extra-embryonic YSM; the mRNA expression of cmcpsIII in the YSM was much higher than that in the embryonic body during stages 28-31. Significant levels of enzyme activity and the existence of mitochondrial-type cmgs1 transcripts in the YSM supported the mRNA findings. We also found that the cmcpsIII transcript is localized in the vascularized inner layer of the YSM. Taken together, our findings demonstrate for the first time that the YSM is involved in urea-based osmoregulation during the early to mid phase of development in oviparous cartilaginous fish.

Morphological and molecular investigations of the holocephalan elephant fish nephron: the existence of a countercurrent-like configuration and two separate diluting segments in the distal tubule

In marine cartilaginous fish, reabsorption of filtered urea by the kidney is essential for retaining a large amount of urea in their body. However, the mechanism for urea reabsorption is poorly understood due to the complexity of the kidney. To address this problem, we focused on elephant fish (Callorhinchus milii) for which a genome database is available, and conducted molecular mapping of membrane transporters along the different segments of the nephron. Basically, the nephron architecture of elephant fish was similar to that described for elasmobranch nephrons, but some unique features were observed. The late distal tubule (LDT), which corresponded to the fourth loop of the nephron, ran straight near the renal corpuscle, while it was convoluted around the tip of the loop. The ascending and descending limbs of the straight portion were closely apposed to each other and were arranged in a countercurrent fashion. The convoluted portion of LDT was tightly packed and enveloped by the larger convolution of the second loop that originated from the same renal corpuscle. In situ hybridization analysis demonstrated that co-localization of Na(+),K(+),2Cl(-) cotransporter 2 and Na(+)/K(+)-ATPase α1 subunit was observed in the early distal tubule and the posterior part of LDT, indicating the existence of two separate diluting segments. The diluting segments most likely facilitate NaCl absorption and thereby water reabsorption to elevate urea concentration in the filtrate, and subsequently contribute to efficient urea reabsorption in the final segment of the nephron, the collecting tubule, where urea transporter-1 was intensely localized.

Efeito da administração aguda de arginina sobre aspectos bioquímicos e comportamentais em ratos adultos

Os erros inatos do metabolismo (EIM) constituem um grupo de doenças genéticas causadas pela deficiência ou ausência de uma proteína, geralmente uma enzima. A hiperargininemia é um erro inato do ciclo da uréia causado pela deficiência de arginase, enzima que converte a arginina em ornitina e uréia. O bloqueio desta reação resulta no acúmulo tecidual e plasmático de arginina e seus metabólitos, os compostos guanidínicos. As manifestações clínicas desta doença diferem substancialmente das demais doenças metabólicas do ciclo da uréia. Seus principais sintomas, que manifestam-se progressivamente, são caracterizados por espasticidade, epilepsia e retardo mental. A correlação entre o metabolismo da arginina e do óxido nítrico ocorre no chamado ciclo arginina-citrulina. A arginina é o substrato para a síntese de óxido nítrico pela ação da enzima óxido nítrico sintetase (ONS). Como os pacientes hiperargininêmicos apresentam altos níveis de arginina no plasma e tecidos, é provável que, devido ao excesso deste substrato, ocorra um aumento na síntese de óxido nítrico. O óxido nítrico em concentrações elevadas está associado à produção de radicais livres, neurotoxicidade e inibição da enzima Na+,K+-ATPase. A Na+,K+-ATPase é uma enzima fundamental ao funcionamento normal do sistema nervoso central (SNC), pois regula a transmissão do impulso nervoso, o volume celular e o transporte de moléculas ligadas ao cotransporte de Na+, tais como aminoácidos, glicose e neurotransmissores. A inibição da atividade da Na+,K+-ATPase nos sítios pré-sinápticos resulta na inibição da recaptação de glutamato, bem como na estimulação de sua liberação. A inibição desta enzima também tem sido associada a diversas neuropatologias. A Na+,K+-ATPase também está envolvida na LTP (long term potentiation – potenciação de longa duração), que é um tipo de neuroplasticidade celular que provoca alterações nas cascatas bioquímicas no SNC, que são, muitas vezes, idênticas àquelas que ocorrem durante o processo de formação da memória. Assim, acredita-se que a LTP seja um dos diversos mecanismos bioquímicos importantes para a formação da memória. Neste estudo investigamos o efeito in vivo da administração aguda de arginina, L-NAME (um potente inibidor da ONS) e a co-administração de Arg + L-NAME sobre a atividade da Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos adultos e sobre testes 6 comportamentais utilizados para avaliar o aprendizado e memória: campo aberto e esquiva inibitória. Os resultados obtidos demonstraram que a arginina inibiu significativamente a atividade da enzima Na+,K+-ATPase de membrana plasmática sináptica de hipocampo de ratos. A administração de L-NAME não alterou a atividade da enzima, mas preveniu a diminuição da atividade da Na+,K+-ATPase causada pela arginina. Nos experimentos de comportamento foram avaliados o aprendizado, a consolidação e a evocação da memória de longa duração pela administração das soluções em três momentos diferentes. A arginina diminuiu o desempenho do teste de esquiva inibitória nos três momentos, o L-NAME isoladamente não alterou o comportamento dos animais, mas quando co-administrado com a arginina aumentou a capacidade de memorização desta tarefa. Estes resultados indicam que a administração de arginina in vivo reduz tanto a atividade da Na+,K+-ATPase como a modulação da memória em ratos, e que isso ocorreu, provavelmente, pelo aumento da síntese de óxido nítrico. Assumindo a possibilidade de que isso possa ocorrer em pacientes com hiperargininemia, os resultados obtidos podem ser relevantes para explicar, pelo menos em parte, a disfunção neurológica associada a essa doença.

Utilização de nutrientes energéticos por córtex cerebral de ratos : efeitos de diferentes concentrações de potássio

Glicose é o principal substrato energético no SNC de mamíferos adultos, contudo o cérebro também é capaz de utilizar outros substratos, incluindo manose, frutose, galactose, glicerol, corpos cetônicos e lactato. Glicose é quase totalmente oxidada a CO2 e H2O, mas ela também é precursora de neurotransmissores, tais como glutamato, GABA e glicina. O metabolismo energético do SNC varia ontogeneticamente, visto o fato de que nas primeiras 2 horas após o nascimento, lactato é o seu principal substrato, glicose e corpos cetônicos servem como substratos nos 21 dias subseqüentes e, após este período, somente glicose predomina. A utilização de nutrientes é regulada de várias maneiras, tais como o transporte através das células endoteliais capilares, transporte através da membrana plasmática, variações na atividade enzimática e variações nas concentrações de nutrientes plasmáticos. Está bem estabelecido que a atividade funcional do SNC aumenta o metabolismo energético. Tal evento pode ser dependente da atividade da bomba Na+,K+-ATPase, a qual é requerida para restabelecer a homeostase iônica. O aumento da concentração de potássio extracelular de um nível basal 8-12 mM provoca excitação neuronal fisiológica. A concentração de potássio pode atingir 50-80 mM durante convulsões, isquemia ou hipoglicemia. O potássio liberado pela atividade elétrica é captado nos astrócitos através de processos dependentes e não dependentes de ATP. Neste estudo, observamos o efeito de diferentes concentrações de potássio extracelular (2.7, 20 e 50 mM), sobre a oxidação de glicose, frutose, manose e lactato a CO2 e a conversão a lipídios em córtex cerebral de ratos jovens (10dias) e adultos (60 dias). Considerando que a captação de deoxiglicose está relacionada com a atividade glicolítica, testamos a influência do potássio extracelular sobre este parâmetro. Os efeitos da ouabaína sobre a oxidação de glicose e captação de deoxiglicose foram testados para determinar se a influência de potássio extracelular era dependente da atividade da bomba Na+,K+-ATPase. Os efeitos da monensina (ionóforo de Na+) e bumetanide (inibidor do transportador de Na+/K+/2Cl-) foram também testados. O aumento da concentração de potássio extracelular aumentou a oxidação de glicose, frutose, e manose a CO2 em córtex cerebral de ratos adultos, contudo, este fenômeno não foi observado em ratos jovens. A oxidação de lactato aumentou com o aumento da concentração de potássio extracelular em ambos ratos jovens e adultos. Não houve diferença na oxidação de glicose e sobre a captação de deoxiglicose na presença de ouabaína. Monensina aumentou a captação de deoxiglicose em 2 minutos de incubação. Contudo, esta captação diminuiu em períodos de incubação de 1 hora e 10 minutos. Além disso, não houve efeito do bumetanide sobre o aumento causado pela alta concentração de potássio extracelular na oxidação de glicose.