Serotonin regulates osteoblast proliferation and function in vitro

The monoamine serotonin (5-hydroxytryptamine, 5-HT), a well-known neurotransmitter, also has important functions outside the central nervous system. The objective of this study was to investigate the role of 5-HT in the proliferation, differentiation, and function of osteoblasts in vitro. We treated rat primary calvarial osteoblasts with various concentrations of 5-HT (1 nM to 10 µM) and assessed the rate of osteoblast proliferation, expression levels of osteoblast-specific proteins and genes, and the ability to form mineralized nodules. Next, we detected which 5-HT receptor subtypes were expressed in rat osteoblasts at different stages of osteoblast differentiation. We found that 5-HT could inhibit osteoblast proliferation, differentiation, and mineralization at low concentrations, but this inhibitory effect was mitigated at relatively high concentrations. Six of the 5-HT receptor subtypes (5-HT1A, 5-HT1B, 5-HT1D, 5-HT2A, 5-HT2B, and 5-HT2C) were found to exist in rat osteoblasts. Of these, 5-HT2A and 5-HT1Breceptors had the highest expression levels, at both early and late stages of differentiation. Our results indicated that 5-HT can regulate osteoblast proliferation and function in vitro.

The alpha2C-adrenoceptor as a neuropsychiatric drug tar-get - PET studies in human subjects

Positron emission tomography imaging has both academic and applied uses in revealing the distribution and density of different molecular targets in the central nervous system. Following the significant progress made with the dopamine D2 receptor, advances have been made in developing PET tracers to allow analysis of receptor occupancy of many other receptor types as well as evaluating changes in endogenous synaptic transmitter concentrations of transmitters e.g. serotonin and noradrenaline. Noradrenergic receptors are divided into α1-, α2- and β-adrenoceptor subfamilies, in humans each of which is composed of three receptor subtypes. The α2-adrenoceptors have an important presynaptic auto-inhibitory function on noradrenaline release but they also have postsynaptic roles in modulating the release of other neurotransmitters, such as serotonin and dopamine. One of the subtypes, the α2C-adrenoceptor, has been detected at distinct locations in the central nervous system, most notably the dorsal striatum. Several serious neurological conditions causing dementia, Alzheimer’s disease and Parkinson’s disease have been linked to disturbed noradrenergic signaling. Furthermore, altered noradrenergic signaling has also been implicated in conditions like ADHD, depression, anxiety and schizophrenia. In order to benefit future research into these central nervous system disorders as well as being useful in the clinical development of drugs affecting brain noradrenergic neurotransmission, validation work of a novel tracer for positron emission tomography studies in humans was performed. Altogether 85 PET imaging experiments were performed during four separate clinical trials. The repeatability of [11C]ORM-13070 binding was tested in healthy individuals, followed by a study to evaluate the dose-dependent displacement of [11C]ORM-13070 from α2C-adrenoceptors by a competing ligand, and the final two studies examined the sensitivity of [11C]ORM-13070 binding to reflect changes in endogenous noradrenaline levels. The repeatability of [11C]ORM-13070 binding was very high. The binding properties of the tracer allowed for a reliable estimation of α2C-AR occupancy by using the reference tissue ratio method with low test-retest variability. [11C]ORM-13070 was dose-dependently displaced from its specific binding sites by the subtype-nonselective α2-adrenoceptor antagonist atipamezole, and thus it proved suitable for use in clinical drug development of novel α2C-adrenoceptor ligands e.g. to determine the best doses and dosing intervals for clinical trials. Convincing experimental evidence was gained to support the suitability of [11C]ORM-13070 for detecting an increase in endogenous synaptic noradrenaline in the human brain. Tracer binding in the thalamus tended to increase in accordance with reduced activity of noradrenergic projections from the locus coeruleus, although statistical significance was not reached. Thus, the investigation was unable to fully validate [11C]ORM-13070 for the detection of pharmacologically evoked reductions in noradrenaline levels.

Effects of intracerebroventricular bombesin administration on local cerebral glucose utilization in the restrained and unrestrained rat

Intracerebroventricular (ICV) administration of bombesin (BN) induces a syndrome characterized by stereotypic locomotion and grooming, hyperactivity and sleep elimination, hyperglycemia and hypothermia, hyperhemodynamics, feeding inhibition, and gastrointestinal function changes. Mammalian BN-like peptides (MBNs), e.g. gastrin-releasing peptide (GRP), Neuromedin C (NMC), and Neuromedin B (NMB), have been detected in the central nervous system. Radio-labeled BN binds to specific sites in discrete cerebral regions. Two specific BN receptor subtypes (GRP receptor and NMB receptor) have been identified in numerous brain regions. The quantitative 2-[14C]deoxyglucose ([14C]20G) autoradiographic method was used to map local cerebral glucose utilization (LCGU) in the rat brain following ICV injection of BN (vehicle, BN O.1Jlg, O.5Jlg). At each dose, experiments were conducted in freely moving or restrained conditions to determine whether alterations in cerebral function were the result of BN central administration, or were the result of BN-induced motor stereotypy. The anteroventral thalamic nucleus (AV) (p=O.029), especially its ventrolateral portion (AVVL) (preceptors, the internal granular layer of the olfactory bulb (IGr) (p=O.028), and the suprachiasmatic nucleus (SCh) (p=O.003) exhibited BN treatment effects. BN effects on LCGU were also observed in the median eminence (ME) (p=O.011). Restraint, however, decreased LCGU in the lateral dorsal thalamic nucleus, ventrolateral and dorsomedial parts (LOVL and LOOM) (p=O.044, p=O.009), and the lateral geniculate (LG) (p=O.027). In sum, BN induced a marked and highly localized alteration in cerebral metabolism within parts of the anterior thalamus, which is the principle relay in the limbic circuitry. BN effects were also observed in IGr, Mi, SCh, and ME. Effects of restraint were found in LOVL, LOOM, and LG. It is suggested that increased LCGU in AV and AVVL may be the result of functional change in the limbic circuitry and the hypothalamus caused by BN receptor functional modification. In IGr, increased LCGU following BN administration is considered to be mainly the result the activation of NMB receptor, a subtype of BN receptors. In SCh, increased LCGU is believed to be caused both by BN effects on the thalamic, the hypothalamic, and the limbic functions and by activation of GRP receptor, another BN receptors subtype found in SCh. In ME, increased LCGU is suggested to be caused by BN effects on the hypothalamic functions, especially those related to the neuroendocrine functions. None of the alterations seen in these regions reflects the emission of stereotyped motor behaviors. Rather, they reflect a direct influence of BN central administration upon functioning of the cerebral regions influenced by BN administration. The restraint effects seen in LO, including LOOM and LOVL, are suggested to be the result of altered behavioral expression. The restraint effects seen in LG is suggested to be the result of reduced locomotion.

Predicting the Pose of β-Casomorphin-5 and 7 in the Opioid Receptors

The opioid receptors consist of three main subtypes; μ, δ, and κ. Previous binding studies have shown that fragments of the milk protein, β-casein, known as β-casomorphins are agonists of these receptors which are selective for the μ receptor subtype. Using the crystal structures of these three receptors, computational molecular docking studies were done using the software GOLD to determine the conformation of β-casomorphin-5 and 7 when they bind to these three opioid receptors. GOLD was able to discriminate among the three receptors when docking the rigid ligands co-crystalized with the receptors. However, GOLD could not discriminate among the three receptors for either of the highly flexible β-casomorphins. A per amino acid scoring method was developed to overcome this problem. This method was used to predict the conformation of both β-casomorphin-5 and 7 in the μ receptor and determine that the two amino acid residues, Lys303 and Trp318 of the μ receptor are responsible for discriminating among the three receptor subtypes for binding of the β-casomorphin-5 and 7.

Les récepteurs intracellulaires de l'angiotensine II : nouvelles cibles thérapeutiques pour le remodelage cardiaque

L'angiotensine-II (Ang-II), synthétisée à partir de sources extracardiaques et intracardiaques, régule l'homéostasie cardiaque en favorisant des effets mitogéniques et en promouvant la croissance cellulaire résultant d’une altération de l'expression génique. Dans cette étude, nous avons évalué la possibilité que les récepteurs de l'angiotensine-1 (AT1) ou les récepteurs de l'angiotensine-2 (AT2) situés sur l'enveloppe nucléaire régulent l’expression génique des cardiomyocytes. En analysant les noyaux cellulaires retenus des fractions de cœur de rat par immunobuvardage Western, nous avons détecté une co-purification préférentielle des protéines AT1 et AT2 avec un marqueur de la membrane nucléaire (Nup 62), par rapport aux marqueurs de la membrane plasmique (Calpactin I), de l’appareil de Golgi (GRP 78) ou du réticulum endoplasmique (GM130). La microscopie confocale a permis de démontrer la présence des AT1 et AT2 dans les membranes nucléaires. La microinjection de l’Ang-II-FITC sur des cardiomyocytes a provoqué une liaison de préférence aux sites nucléaires. Les enregistrements de transients calciques ont illustré que les AT1 nucléaires régulent le relâchement du Ca2+. L’incubation des ligands spécifiques d’AT1 et d’AT2 avec l’UTP [α32P] a résulté en une synthèse de novo d’ARN (par exemple, 16,9 ± 0,5 cpm/ng ADN contrôle vs 162,4 ± 29,7 cpm/ng ADN-Ang II, 219,4 ± 8,2 cpm/ng ADN L -162313 (AT1) et 126,5 ± 8,7 cpm/ng ADN CGP42112A (AT2), P <0,001). L’incubation des noyaux avec Ang-II augmente de façon significative l’expression de NFκB, une réponse qui est réprimée partiellement par la co-administration de valsartan ou de PD123177. Les expériences dose-réponse avec Ang-II administrée à l'ensemble des noyaux purifiés vs. aux cardiomyocytes seuls a montré une augmentation plus importante dans les niveaux d'ARNm de NFκB avec une affinité de ~ 3 fois plus grande (valeurs d’EC50 = 9 contre 28 pmol/L, respectivement), suggérant un rôle préférentiel nucléaire dans la signalisation. Par conséquent, nous avons conclu que les membranes cardiaques nucléaires possèdent des récepteurs d’Ang-II couplés à des voies de signalisation et à la transcription génique. La signalisation nucléaire pourrait jouer un rôle clé dans les changements de l'expression de gènes cardiaques, entraînant ainsi des implications mécanistiques et thérapeutiques diverses.

Cholinergic enhancement of perceptual learning : behavioral, physiological, and neuro-pharmacological study in the rat primary visual cortex

Les cortices sensoriels sont des régions cérébrales essentielles pour la perception. En particulier, le cortex visuel traite l’information visuelle en provenance de la rétine qui transite par le thalamus. Les neurones sont les unités fonctionnelles qui transforment l'information sensorielle en signaux électriques, la transfèrent vers le cortex et l'intègrent. Les neurones du cortex visuel sont spécialisés et analysent différents aspects des stimuli visuels. La force des connections entre les neurones peut être modulée par la persistance de l'activité pré-synaptique et induit une augmentation ou une diminution du signal post-synaptique à long terme. Ces modifications de la connectivité synaptique peuvent induire la réorganisation de la carte corticale, c’est à dire la représentation de ce stimulus et la puissance de son traitement cortical. Cette réorganisation est connue sous le nom de plasticité corticale. Elle est particulièrement active durant la période de développement, mais elle s’observe aussi chez l’adulte, par exemple durant l’apprentissage. Le neurotransmetteur acétylcholine (ACh) est impliqué dans de nombreuses fonctions cognitives telles que l’apprentissage ou l’attention et il est important pour la plasticité corticale. En particulier, les récepteurs nicotiniques et muscariniques du sous-type M1 et M2 sont les récepteurs cholinergiques impliqués dans l’induction de la plasticité corticale. L’objectif principal de la présente thèse est de déterminer les mécanismes de plasticité corticale induits par la stimulation du système cholinergique au niveau du télencéphale basal et de définir les effets sur l’amélioration de la perception sensorielle. Afin d’induire la plasticité corticale, j’ai jumelé des stimulations visuelles à des injections intracorticales d’agoniste cholinergique (carbachol) ou à une stimulation du télencéphale basal (neurones cholinergiques qui innervent le cortex visuel primaire). J'ai analysé les potentiels évoqués visuels (PEVs) dans le cortex visuel primaire des rats pendant 4 à 8 heures après le couplage. Afin de préciser l’action de l’ACh sur l’activité des PEVs dans V1, j’ai injecté individuellement l’antagoniste des récepteurs muscariniques, nicotiniques, α7 ou NMDA avant l’infusion de carbachol. La stimulation du système cholinergique jumelée avec une stimulation visuelle augmente l’amplitude des PEVs durant plus de 8h. Le blocage des récepteurs muscarinique, nicotinique et NMDA abolit complètement cette amélioration, tandis que l’inhibition des récepteurs α7 a induit une augmentation instantanée des PEVs. Ces résultats suggèrent que l'ACh facilite à long terme la réponse aux stimuli visuels et que cette facilitation implique les récepteurs nicotiniques, muscariniques et une interaction avec les récepteur NMDA dans le cortex visuel. Ces mécanismes sont semblables à la potentiation à long-terme, évènement physiologique lié à l’apprentissage. L’étape suivante était d’évaluer si l’effet de l’amplification cholinergique de l’entrée de l’information visuelle résultait non seulement en une modification de l’activité corticale mais aussi de la perception visuelle. J’ai donc mesuré l’amélioration de l’acuité visuelle de rats adultes éveillés exposés durant 10 minutes par jour pendant deux semaines à un stimulus visuel de type «réseau sinusoïdal» couplé à une stimulation électrique du télencéphale basal. L’acuité visuelle a été mesurée avant et après le couplage des stimulations visuelle et cholinergique à l’aide d’une tâche de discrimination visuelle. L’acuité visuelle du rat pour le stimulus d’entrainement a été augmentée après la période d’entrainement. L’augmentation de l’acuité visuelle n’a pas été observée lorsque la stimulation visuelle seule ou celle du télencéphale basal seul, ni lorsque les fibres cholinergiques ont été lésées avant la stimulation visuelle. Une augmentation à long terme de la réactivité corticale du cortex visuel primaire des neurones pyramidaux et des interneurones GABAergiques a été montrée par l’immunoréactivité au c-Fos. Ainsi, lorsque couplé à un entrainement visuel, le système cholinergique améliore les performances visuelles pour l’orientation et ce probablement par l’optimisation du processus d’attention et de plasticité corticale dans l’aire V1. Afin d’étudier les mécanismes pharmacologiques impliqués dans l’amélioration de la perception visuelle, j’ai comparé les PEVs avant et après le couplage de la stimulation visuelle/cholinergique en présence d’agonistes/antagonistes sélectifs. Les injections intracorticales des différents agents pharmacologiques pendant le couplage ont montré que les récepteurs nicotiniques et M1 muscariniques amplifient la réponse corticale tandis que les récepteurs M2 muscariniques inhibent les neurones GABAergiques induisant un effet excitateur. L’infusion d’antagoniste du GABA corrobore l’hypothèse que le système inhibiteur est essentiel pour induire la plasticité corticale. Ces résultats démontrent que l’entrainement visuel jumelé avec la stimulation cholinergique améliore la plasticité corticale et qu’elle est contrôlée par les récepteurs nicotinique et muscariniques M1 et M2. Mes résultats suggèrent que le système cholinergique est un système neuromodulateur qui peut améliorer la perception sensorielle lors d’un apprentissage perceptuel. Les mécanismes d’amélioration perceptuelle induits par l’acétylcholine sont liés aux processus d’attention, de potentialisation à long-terme et de modulation de la balance d’influx excitateur/inhibiteur. En particulier, le couplage de l’activité cholinergique avec une stimulation visuelle augmente le ratio de signal / bruit et ainsi la détection de cibles. L’augmentation de la concentration cholinergique corticale potentialise l’afférence thalamocorticale, ce qui facilite le traitement d’un nouveau stimulus et diminue la signalisation cortico-corticale minimisant ainsi la modulation latérale. Ceci est contrôlé par différents sous-types de récepteurs cholinergiques situés sur les neurones GABAergiques ou glutamatergiques des différentes couches corticales. La présente thèse montre qu’une stimulation électrique dans le télencéphale basal a un effet similaire à l’infusion d’agoniste cholinergique et qu’un couplage de stimulations visuelle et cholinergique induit la plasticité corticale. Ce jumelage répété de stimulations visuelle/cholinergique augmente la capacité de discrimination visuelle et améliore la perception. Cette amélioration est corrélée à une amplification de l’activité neuronale démontrée par immunocytochimie du c-Fos. L’immunocytochimie montre aussi une différence entre l’activité des neurones glutamatergiques et GABAergiques dans les différentes couches corticales. L’injection pharmacologique pendant la stimulation visuelle/cholinergique suggère que les récepteurs nicotiniques, muscariniques M1 peuvent amplifier la réponse excitatrice tandis que les récepteurs M2 contrôlent l’activation GABAergique. Ainsi, le système cholinergique activé au cours du processus visuel induit des mécanismes de plasticité corticale et peut ainsi améliorer la capacité perceptive. De meilleures connaissances sur ces actions ouvrent la possibilité d’accélérer la restauration des fonctions visuelles lors d’un déficit ou d’amplifier la fonction cognitive.

Neurotensinergic modulation of glutamatergic neurotransmission in VTA neurons.

L’aire tegmentaire ventrale (VTA) contient une forte densité de terminaisons neurotensinergiques ainsi que des récepteurs à la surface des neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques. Le VTA a été impliqué dans des maladies comme la schizophrénie, les psychoses et l’abus de substance. Les drogues d’abus sont connues pour induire le phénomène de sensibilisation - un processus de facilitation par lequel l’exposition à un stimulus produit une réponse augmentée lors de l’exposition subséquente au même stimulus. La sensibilisation se développe dans le VTA et implique mécanismes dopaminergiques et glutamatergiques. Il a été montré que les antagonistes neurotensinergiques bloquaient le développement de la sensibilisation et certains mécanismes de récompense et ces effets pourraient être médiés indirectement par une modulation de la neurotransmission glutamatergique. Cependant, on connaît peu les mécanismes de modulation de la transmission glutamatergique par la neurotensine (NT) dans le VTA. Le but de la présente thèse était d’étudier la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA. Pour ce faire, nous avons utilisé la technique du patch clamp dans la cellule entière dans des tranches horizontales du VTA pour étudier les effets de différents agonistes et antagonistes neurotensinergiques. Les neurones ont été identifié comme Ih+ (présumés dopaminergiques) ou Ih- (présumés non-dopaminergiques) selon qu’ils exprimaient ou non un courant cationique activé par l’hyperpolarisation (Ih). Des techniques d’immunocytochimie ont été utilisées pour marquer les neurones et vérifier leur localisation dans le VTA. Dans une première étude nous avons trouvé que la neurotensine indigène (NT1-13) ou son fragment C-terminal, NT8-13, induisait une augmentation comparable des courants postsynaptiques excitateurs glutamatergiques (CPSEs) dans les neurones Ih+ ou Ih- du VTA. L'augmentation induite dans les neurones Ih+ par la NT8-13 a été bloquée par le SR48692, un antagoniste des récepteurs NTS1, et par le SR142948A, un antagoniste des récepteurs NTS1 et NTS2, suggérant que l'augmentation était médiée par l’activation des récepteurs NTS1. Dans les neurones Ih- l'augmentation n’a été bloquée que par le SR142948A indiquant une implication des récepteurs NTS2. Dans une deuxième étude, nous avons testé les effets de la D-Tyr[11]NT (un analogue neurotensinergique ayant différentes affinités de liaison pour les sous-types de récepteurs neurotensinergiques) sur les CPSEs glutamatergiques dans les neurones Ih+ et Ih- en parallèle avec une série d’expériences comportementales utilisant un paradigme de préférence de place conditionnée (PPC) menée dans le laboratoire de Pierre-Paul Rompré. Nous avons constaté que la D-Tyr[11]NT induisaient une inhibition dépendante de la dose dans les neurones Ih+ médiée par l'activation de récepteurs NTS2. En revanche, la D-Tyr[11]NT a produit une augmentation des CPSEs glutamatergiques médiée par des récepteurs NTS1 dans les neurones Ih-. Les résultats des expériences comportementales ont montré que des microinjections bilatérales de D-Tyr[11]NT dans le VTA induisait une PPC bloquée uniquement par la co-injection de SR142948A et SR48692, indiquant un rôle pour les deux types de récepteurs, NTS1 et NTS2. Cette étude nous a permis de conclure que i) la D-Tyr[11]NT agit dans le VTA via des récepteurs NTS1 et NTS2 pour induire un effet de récompense et ii) que cet effet est dû, au moins en partie, à une augmentation de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones non-dopaminergiques (Ih-). Dans une troisième étude nous nous sommes intéressés aux effets de la D-Tyr[11]NT sur les réponses isolées médiées par les récepteurs N-méthyl-D-aspartate (NMDA) et acide α-amino-3- hydroxy-5-méthyl-4-isoxazolepropionique (AMPA) dans les neurones du VTA. Nous avons constaté que dans les neurones Ih+ l’amplitude des CPSEs NMDA et AMPA étaient atténuées de la même manière par la D-Tyr[11] NT. Cette modulation des réponses était médiée par les récepteurs NTS1 et NTS2. Au contraire, dans les neurones Ih-, l’amplitude des réponses NMDA et AMPA étaient augmentées en présence de D-Tyr[11]NT et ces effets dépendaient de l’activation des récepteurs NTS1 localisés sur les terminaisons glutamatergiques. Ces résultats fournissent une preuve supplémentaire que le NT exerce une modulation bidirectionnelle sur la neurotransmission glutamatergique dans les neurones du VTA et met en évidence un nouveau type de modulation peptidergique des neurones non-dopaminergiques qui pourrait être impliqué dans la sensibilisation. En conclusion, la modulation neurotensinergique de la neurotransmission glutamatergique dans les neurones dopaminergiques et non-dopaminergiques du VTA se fait en sens opposé soit, respectivement, par une inhibition ou par une excitation. De plus, ces effets sont médiés par différents types de récepteurs neurotensinergiques. En outre, nos études mettent en évidence une modulation peptidergique de la neurotransmission glutamatergique dans le VTA qui pourrait jouer un rôle important dans les mécanismes de lutte contre la toxicomanie.

Bone marrow cells differentiation to neurons in the rat brain using Serotonin and GABA:Their role on glutamate receptors, IP3, cAMP and cGMP functional regulation in unilateral Parkinsonism induced by 6-hydroxydopamine

Parkinson's disease is a chronic progressive neurodegenerative movement disorder characterized by a profound and selective loss of nigrostriatal dopaminergic neurons. Our findings demonstrated that glutamatergic system is impaired during PD. The evaluations of these damages have important implications in understanding the molecular mechanism underlying motor, cognitive and memory deficits in PD. Our results showed a significant increase of glutamate content in the brain regions of 6- OHDA infused rat compared to control. This increased glutamate content caused an increase in glutamatergic and NMDA receptors function. Glutamate receptor subtypes- NMDAR1, NMDA2B and mGluR5 have differential regulatory role in different brain regions during PD. The second messenger studies confirmed that the changes in the receptor levels alter the IP3, cAMP and cGMP content. The alteration in the second messengers level increased the expression of pro-apoptotic factors - Bax and TNF-α, intercellular protein - α-synuclein and reduced the expression of transcription factor - CREB. These neurofunctional variations are the key contributors to motor and cognitive abnormalities associated with PD. Nestin and GFAP expression study confirmed that 5-HT and GABA induced the differentiation and proliferation of the BMC to neurons and glial cells in the SNpc of rats. We also observed that activated astrocytes are playing a crucial role in the proliferation of transplanted BMC which makes them significant for stem cell-based therapy. Our molecular and behavioural results showed that 5-HT and GABA along with BMC potentiates a restorative effect by reversing the alterations in glutamate receptor binding, gene expression and behaviour abnormality that occur during PD. The therapeutic significance in Parkinson’s disease is of prominence.

Muscarinic M1 and M3 Receptors,IP3 and cGMP Functional Regulation in Streptozotocin Induced Diabetic Rats: Insulin and Somatotropin Induced Rejuvenation as a Function of Age

The present study describes that acetylcholine through muscarinic Ml and M3 receptors play an important role in the brain function during diabetes as a function of age. Cholinergic activity as indicated by acetylcholine esterase, a marker for cholinergic function, decreased in the brain regions - the cerebral cortex, brainstem and corpus striatum of old rats compared to young rats. in diabetic condition, it was increased in both young and old rats in cerebral cortex, and corpus striatum while in brainstem it was decreased. The functional changes in the muscarinic receptors were studied in the brain regions and it showed that muscarinic M I receptors of old rats were down regulated in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem it was up regulated. Muscarinic M3 receptors of old rats showed no significant change in cerebral cortex while in corpus striatum and brainstem muscarinic receptors were down regulated. During diabetes, muscarinic M I receptors were down regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were up regulated. In old rats, M I receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and in brainstem they were down regulated. Muscarinic M3 receptors were up regulated in cerebral cortex and brainstem of young rats while in corpus striatum they were down regulated. In old rats, muscarinic M l receptors were up regulated in cerebral cortex, corpus striatum and brainstem. In insulin treated diabetic rats the activity of the receptors were reversed to near control. Pancreatic muscarinic M3 receptor activity increased in the pancreas of both young and old rats during diabetes. In vitro studies using carbachol and antagonists for muscarinic Ml and M3 receptor subtypes confirmed the specific receptor mediated neurotransmitter changes during diabetes. Calcium imaging studies revealed muscarinic M I mediated Ca2 + release from the pancreatic islet cells of young and old rats. Electrophysiological studies using EEG recording in young and old rats showed a brain activity difference during diabetes. Long term low dose STH and INS treated rat brain tissues were used for gene expression of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDARl, mGlu-5,alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors to observe the neurotransmitter receptor functional interrelationship for integrating memory, cognition and rejuvenating brain functions in young and old. Studies on neurotransmitter receptor interaction pathways and gene expression regulation by second messengers like IP3 and cGMP in turn will lead to the development of therapeutic agents to manage diabetes and brain activity.From this study it is suggested that functional improvement of muscarinic Ml, M3, glutamate NMDAR1, mGlu-5, alpha2A, beta2, GABAAa1 and GABAB, DAD2 and 5-HT 2C receptors mediated through IP3 and cGMP will lead to therapeutic applications in the management of diabetes. Also, our results from long term low dose STH and INS treatment showed rejuvenation of the brain function which has clinical significance in maintaining healthy period of life as a function of age.

Neuronal degeneration in streptozotocin induced diabetic rats: Effect of Aegle marmelose and pyridoxine in pancreatic cell proliferation and neuronal Surviva

This thesis Entitled Neuronal degeneration in streptozotocin induced diabetic rats: effect of aegle marmelose and pyridoxine in pancreatic B cell proliferation and neuronal survival. Diabetes mellitus, a chronic metabolic disorder results in neurological dysfunctions and structural changes in the CNS. Antioxidant therapy is a challenging but necessary dimension in the management of diabetes and neurodegenerative changes associated with it. Our results showed regional variation and imbalance in the expression pattern of dopaminergic receptor subtypes in diabetes and its role in imbalanced insulin signaling and glucose regulation. Disrupted dopaminergic signaling and increased hyperglycemic stress in diabetes contributed to the neuronal loss. Neuronal loss in diabetic rats mediated through the expression of pattern of GLUT-3, CREB, IGF-1, Akt-1, NF,B, second messengers- cAMP, cGMP, IP3 and activation of apoptotic factors factors- TNF-a,caspase-8. Disrupted dopaminergic receptor expressions and its signaling in pancreas contributed defective insulin secretion in diabetes. Activation of apoptotic factors- TNF- a,caspase-8 and defective functioning of neuronal survival factors, disrupted second messenger signaling modulated neuronal viability in diabetes. Hyperglycemic stress activated the expression of TNF-a,caspase-8, BAX and differential expression of anti oxidant enzymes- SOD and GPx in liver lead to apoptosis. Treatment of diabetic rats with insulin, Aegle marmelose and pyridoxine significantly reversed the altered dopaminergic neurotransmission, GLUT3, GLUT2, IGF-1 and second messenger signaling. Antihyperglycemic and antioxidant activity of Aegle marmelose and pyridoxine enhanced pancreatic B cell proliferation, increased insulin synthesis and secretion in diabetic rats. Thus our results conclude the neuroprotective and regenerating ability of Aegle marmelose and pyridoxine which in turn has a novel therapeutic role in the management of diabetes.

Neurokinin-B transcription in erythroid cells - Direct activation by the hematopoietic transcription factor GATA-1

The GATA family of transcription factors establishes genetic networks that control developmental processes including hematopoiesis, vasculogenesis, and cardiogenesis. We found that GATA-1 strongly activates transcription of the Tac-2 gene, which encodes proneurokinin-B, a precursor of neurokinin-B (NK-B). Neurokinins function through G protein-coupled transmembrane receptors to mediate diverse physiological responses including pain perception and the control of vascular tone. Whereas an elevated level of NK-B was implicated in pregnancy-associated pre-eclampsia ( Page, N. M., Woods, R. J., Gardiner, S. M., Lomthaisong, K., Gladwell, R. T., Butlin, D. J., Manyonda, I. T., and Lowry, P. J. ( 2000) Nature 405, 797 - 800), the regulation of NK-B synthesis and function are poorly understood. Tac-2 was expressed in normal murine erythroid cells and was induced upon ex vivo erythropoiesis. An estrogen receptor fusion to GATA-1 (ER-GATA-1) and endogenous GATA-1 both occupied a region of Tac-2 intron-7, which contains two conserved GATA motifs. Genetic complementation analysis in GATA-1-null G1E cells revealed that endogenous GATA-2 occupied the same region of intron-7, and expression of ER-GATA-1 displaced GATA-2 and activated Tac-2 transcription. Erythroid cells did not express neurokinin receptors, whereas aortic and yolk sac endothelial cells differentially expressed neurokinin receptor subtypes. Since NK-B induced cAMP accumulation in yolk sac endothelial cells, these results suggest a new mode of vascular regulation in which GATA-1 controls NK-B synthesis in erythroid cells.

L-NAME-treatment alters ectonucleotidase activities in kidney membranes of rats

Aims: To investigate the effect of N omega-Nitro-L-arginine methyl ester CL-NAME) treatment, known to induce a sustained elevation of blood pressure, on ectonucleotidase activities in kidney membranes of rats. Main methods: L-NAME (30 mg/kg/day) was administered to Wistar rats for 14 days in the drinking water. Enzyme activities were determined colorimetrically and their gene expression patterns were analyzed by semi-quantitative RT-PCR. The metabolism of ATP and the accumulation of adenosine were evaluated by HPLC in kidney membranes from control and hypertensive rats. PKC phosphorylation state was investigated by Western blot. Key findings: We observed an increase in systolic blood pressure from 115 +/- 12 mmHg (control group) to 152 18 mmHg (L-NAME-treated group). Furthermore, the hydrolysis of ATP, ADP, AMP, and p-Nph-5`TMP was also increased (17%, 35%, 27%, 20%, respectively) as was the gene expression of NTPDase2, NTPDase3 and NPP3 in kidneys of hypertensive animals. Phospho-PKC was increased in hypertensive rats. Significance: The general increase in ATP hydrolysis and in ecto-5`-nucleotidase activity suggests a rise in renal adenosine levels and in renal autoregulatory responses in order to protect the kidney against the threat presented by hypertension. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Sympathetic hyperactivity differentially affects skeletal muscle mass in developing heart failure: role of exercise training

Bacurau AV, Jardim MA, Ferreira JC, Bechara LR, Bueno CR Jr, Alba-Loureiro TC, Negrao CE, Casarini DE, Curi R, Ramires PR, Moriscot AS, Brum PC. Sympathetic hyperactivity differentially affects skeletal muscle mass in developing heart failure: role of exercise training. J Appl Physiol 106: 1631-1640, 2009. First published January 29, 2009; doi:10.1152/japplphysiol.91067.2008.-Sympathetic hyperactivity (SH) is a hallmark of heart failure (HF), and several lines of evidence suggest that SH contributes to HF-induced skeletal myopathy. However, little is known about the influence of SH on skeletal muscle morphology and metabolism in a setting of developing HF, taking into consideration muscles with different fiber compositions. The contribution of SH on exercise tolerance and skeletal muscle morphology and biochemistry was investigated in 3- and 7-mo-old mice lacking both alpha(2A)- and alpha(2C)-adrenergic receptor subtypes (alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice) that present SH with evidence of HF by 7 mo. To verify whether exercise training (ET) would prevent skeletal muscle myopathy in advanced-stage HF, alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice were exercised from 5 to 7 mo of age. At 3 mo, alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice showed no signs of HF and preserved exercise tolerance and muscular norepinephrine with no changes in soleus morphology. In contrast, plantaris muscle of alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice displayed hypertrophy and fiber type shift (IIA -> IIX) paralleled by capillary rarefaction, increased hexokinase activity, and oxidative stress. At 7 mo, alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice displayed exercise intolerance and increased muscular norepinephrine, muscular atrophy, capillary rarefaction, and increased oxidative stress. ET reestablished alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mouse exercise tolerance to 7-mo-old wild-type levels and prevented muscular atrophy and capillary rarefaction associated with reduced oxidative stress. Collectively, these data provide direct evidence that SH is a major factor contributing to skeletal muscle morphological changes in a setting of developing HF. ET prevented skeletal muscle myopathy in alpha(2A)/alpha(2C)ARKO mice, which highlights its importance as a therapeutic tool for HF.

Enalapril treatment corrects the reduced response to bradykinin in diabetes increasing the B2 protein expression

Considering the growing importance of the interaction between components of kallikreinkinin and renin-angiotensin systems in physiological and pathological processes, particularly in diabetes mellitus, the aim of the present study was to investigate the effect of enalapril on the reduced response of bradykinin and on the interaction between angiotensin-(1-7) (Ang-(1-7)) and bradykinin (BK), important components of these systems, in an insulin-resistance model of diabetes. For the above purpose, the response of mesenteric arterioles of anesthetized neonatal streptozotocin-induced (n-STZ) diabetic and control rats was evaluated using intravital microscopy. In n-STZ diabetic rats, enalapril treatment restored the reduced response to BK but not the potentiation of BK by Ang-(1-7) present in non-diabetic rats. The restorative effect of enalapril was observed at a dose that did not correct the altered parameters induced by diabetes such as hyperglycernia, glicosuria, insulin resistance but did reduce the high blood pressure levels of n-SZT diabetic rats. There was no difference in mRNA and protein expressions of B1 and B2 kinin receptor subtypes between n-STZ diabetic and control rats. Enalapril treatment increased the B2 kinin receptor expression. From our data, we conclude that in diabetes enalapril corrects the impaired BK response probably by increasing the expression of B2 receptors. The lack of potentiation of BK by Ang-(1-7) is not corrected by this agent. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

A novel physiological property of snake bradykinin-potentiating peptides-Reversion of MK-801 inhibition of nicotinic acetylcholine receptors

The first naturally occurring angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibitors described are pyroglutamyl proline-rich oligopeptides, found in the venom of the viper Bothrops jararaca, and named as bradykinin-potentiating peptides (BPPs). Biochemical and pharmacological properties of these peptides were essential for the development of Captopril, the first active site-directed inhibitor of ACE, currently used for the treatment of human hypertension. However, a number of data have suggested that the pharmacological activity of BPPs could not only be explained by their inhibitory action on enzymatic activity of somatic ACE. In fact, we showed recently that the strong and long-lasting anti-hypertensive effect of BPP-10c [receptors expressed in blood vessels have been related to blood pressure regulation. Therefore, we have studied the effects of BPP-10c on acetylcholine receptor function in the PC12 pheochromocytoma cell line, which following induction to neuronal differentiation expresses most of the nicotinic receptor subtypes. BPP-10c did not induce receptor-mediated ion flux, nor potentiated carbamoylcholine-provoked receptor activity as determined by whole-cell recording. This peptide, however, alleviated MK-801-induced inhibition of nicotinic acetylcholine receptor activity. Although more data are needed for understanding the mechanism of the BPP-10c effect on nicotinic receptor activity and its relationship with the anti-hypertensive activity, this work reveals possible therapeutic applications for BPP-10c in establishing normal acetylcholine receptor activity. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.