CaV3.1 T-Type Ca2+ Channels Contribute to Myogenic Signalling in Rat Retinal Arterioles

Purpose: Although L-type Ca2+ channels are known to play a key role in the myogenic reactivity of retinal arterial vessels, the involvement of other types of voltage-gated Ca2+ channels in this process remains unknown. In the present study we have investigated the contribution of T-type Ca2+ channels to myogenic signalling in arterioles of the rat retinal microcirculation.

Methods: Confocal immunolabelling of wholemount preparations was used to investigate the localisation of CaV3.1-3 channels in retinal arteriolar smooth muscle cells. T-type currents and the contribution of T-type channels to myogenic signalling were assessed by whole-cell patch-clamp recording and pressure myography of isolated retinal arteriole segments.

Results: Strong immunolabelling for CaV3.1 was observed on the plasma membrane of retinal arteriolar smooth muscle cells. In contrast, no expression of CaV3.2 or CaV3.3 could be detected in retinal arterioles, although these channels were present on glial cell end feet surrounding the vessels and retinal ganglion cells, respectively. TTA-A2 sensitive T-type currents were recorded in retinal arteriolar myocytes with biophysical properties distinct from those of the L-type currents present in these cells. Inhibition of T-type channels using TTA-A2 or ML-218 dilated isolated, myogenically active, retinal arterioles.

Conclusions: CaV3.1 T-type Ca2+ channels are functionally expressed on arteriolar smooth muscle cells of retinal arterioles and play an important role in myogenic signalling in these vessels. The work has important implications concerning our understanding of the mechanisms controlling blood flow autoregulation in the retina and its disruption during ocular disease.

Effects of sucrose on opioid gene expression in the rat brain.

Opioid peptide neurotransmitters stimulate feeding and are involved in mediating the rewarding aspects of feeding, as well as in energy regulation in the brain. The effects of sucrose diets on opioid peptide gene expression were measured in the arcuate nucleus (ARC) and the paraventricular nucleus (PVN) of the rat. Rats were fed a cornstarch-based diet or a low (16.7%), medium (33.4%), or high (50%) sucrose containing diet for 7 days. Analyses of the ARC and PVN demonstrated that sucrose in the diet had no effect on mRNA levels of opioid peptides. The lack of an opioid response in the ARC and PVN suggests that opioids in the ARC and PVN are involved in energy regulation rather than in mediating hedonic aspects of feeding.

Fractionated Radiation Exposure of Rat Spinal Cords Leads to Latent Neuro- Inflammation in Brain, Cognitive Deficits,and Alterations in Apurinic Endonuclease 1

Ionizing radiation causes degeneration of myelin, the insulating sheaths of neuronal axons, leading to neurological impairment. As radiation research on the central nervous system has predominantly focused on neurons, with few studies addressing the role of glial cells, we have focused our present research on identifying the latent effects of single/ fractionated -low dose of low/ high energy radiation on the role of base excision repair protein Apurinic Endonuclease-1, in the rat spinal cords oligodendrocyte progenitor cells’ differentiation. Apurinic endonuclease-1 is predominantly upregulated in response to oxidative stress by low- energy radiation, and previous studies show significant induction of Apurinic Endonuclease-1 in neurons and astrocytes. Our studies show for the first time, that fractionation of protons cause latent damage to spinal cord architecture while fractionation of HZE (28Si) induce increase in APE1 with single dose, which then decreased with fractionation. The oligodendrocyte progenitor cells differentiation was skewed with increase in immature oligodendrocytes and astrocytes, which likely cause the observed decrease in white matter, increased neuro-inflammation, together leading to the observed significant cognitive defects.

Glutathione deficit during development induces anomalies in the rat anterior cingulate GABAergic neurons: Relevance to schizophrenia.

A series of studies in schizophrenic patients report a decrease of glutathione (GSH) in prefrontal cortex (PFC) and cerebrospinal fluid, a decrease in mRNA levels for two GSH synthesizing enzymes and a deficit in parvalbumin (PV) expression in a subclass of GABA neurons in PFC. GSH is an important redox regulator, and its deficit could be responsible for cortical anomalies, particularly in regions rich in dopamine innervation. We tested in an animal model if redox imbalance (GSH deficit and excess extracellular dopamine) during postnatal development would affect PV-expressing neurons. Three populations of interneurons immunolabeled for calcium-binding proteins were analyzed quantitatively in 16-day-old rat brain sections. Treated rats showed specific reduction in parvalbumin immunoreactivity in the anterior cingulate cortex, but not for calbindin and calretinin. These results provide experimental evidence for the critical role of redox regulation in cortical development and validate this animal model used in schizophrenia research.

Temporal changes in mRNA expression of the brain nutrient transporters in the lithium-pilocarpine model of epilepsy in the immature and adult rat.

The lithium-pilocarpine model mimics most features of human temporal lobe epilepsy. Following our prior studies of cerebral metabolic changes, here we explored the expression of transporters for glucose (GLUT1 and GLUT3) and monocarboxylates (MCT1 and MCT2) during and after status epilepticus (SE) induced by lithium-pilocarpine in PN10, PN21, and adult rats. In situ hybridization was used to study the expression of transporter mRNAs during the acute phase (1, 4, 12 and 24h of SE), the latent phase, and the early and late chronic phases. During SE, GLUT1 expression was increased throughout the brain between 1 and 12h of SE, more strongly in adult rats; GLUT3 increased only transiently, at 1 and 4h of SE and mainly in PN10 rats; MCT1 was increased at all ages but 5-10-fold more in adult than in immature rats; MCT2 expression increased mainly in adult rats. At all ages, MCT1 and MCT2 up-regulation was limited to the circuit of seizures while GLUT1 and GLUT3 changes were more widespread. During the latent and chronic phases, the expression of nutrient transporters was normal in PN10 rats. In PN21 rats, GLUT1 was up-regulated in all brain regions. In contrast, in adult rats GLUT1 expression was down-regulated in the piriform cortex, hilus and CA1 as a result of extensive neuronal death. The changes in nutrient transporter expression reported here further support previous findings in other experimental models demonstrating rapid transcriptional responses to marked changes in cerebral energetic/glucose demand.

Higher PLIN5 but not PLIN3 content in isolated skeletal muscle mitochondria following acute in vivo contraction in rat hindlimb

Contraction-mediated lipolysis increases the association of lipid droplets and mitochondria, indicating an important role in the passage of fatty acids from lipid droplets to mitochondria in skeletal muscle. PLIN3 and PLIN5 are of particular interest to the lipid droplet–mitochondria interaction because PLIN3 is able to move about within cells and PLIN5 associates with skeletal muscle mitochondria. This study primarily investigated: 1) if PLIN3 is detected in skeletal muscle mitochondrial fraction; and 2) if mitochondrial protein content of PLIN3 and/or PLIN5 changes following stimulated contraction. A secondary aim was to determine if PLIN3 and PLIN5 associate and whether this changes following contraction. Male Long Evans rats (n = 21;age, 52 days; weight = 317 6 g) underwent 30 min of hindlimb stimulation (10 msec impulses, 100 Hz/3 sec at 10–20 V; train duration 100 msec). Contraction induced a ~50% reduction in intramuscular lipid content measured by oil red-O staining of red gastrocnemius muscle. Mitochondria were isolated from red gastrocnemius muscle by differential centrifugation and proteins were detected by western blotting. Mitochondrial PLIN5 content was ~1.6-fold higher following 30 min of contraction and PLIN3 content was detected in the mitochondrial fraction, and unchanged following contraction. An association between PLIN3 and PLIN5 was observed and remained unaltered following contraction. PLIN5 may play a role in mitochondria during lipolysis, which is consistent with a role in facilitating/regulating mitochondrial fatty acid oxidation. PLIN3 and PLIN5 may be working together on the lipid droplet and mitochondria during contraction-induced lipolysis.

Warfarin-induced vitamin K deficiency is associated with cognitive and behavioral perturbations, and alterations in brain sphingolipids in rats

La Vitamine K (VK) est largement reconnue pour son rôle dans la coagulation sanguine toutefois, de plus en plus de travaux indiquent son implication dans la fonction cérébrale. La VK est requise pour l'activation de différentes protéines, par exemple la protéine Gas6, et la ménaquinone-4 (MK-4), le principal vitamère K dans le cerveau, est impliquée dans le métabolisme des sphingolipides. Dans un rapport précédent, nous avons montré qu'un régime alimentaire faible en VK tout au long de la vie était associé à des déficits cognitifs chez des rats âgés. La warfarine sodique est un puissant antagoniste de la VK qui agit en bloquant le cycle de la VK, provoquant un «déficit relatif de VK » au niveau cellulaire. À la lumière du rôle émergent de la VK dans le cerveau, la warfarine pourrait représenter un facteur de risque pour la fonction cérébrale. Ce travail est donc pertinente en raison de la forte proportion d'adultes traîtés à la warfarine sodique. Dans la présente étude, 14 rats mâles Wistar ont été traités avec 14 mg de warfarine/kg /jour (dans l'eau potable) et des injections sous-cutanées de VK (85 mg/kg), 3x/sem, pendant 10 semaines. Quatorze rats témoins ont été traités avec de l'eau normale et injectés avec une solution saline. Les rats ont été soumis à différents tests comportementaux après quoi les niveaux de phylloquinone, MK-4, sphingolipides (cérébroside, sulfatide, sphingomyéline, céramide et gangliosides), et les sous-types de gangliosides (GT1b, GD1a, GM1, GD1b), ont été évalués dans différentes régions du cerveau. Comparativement aux rats du groupe contrôle, les rats traités à la warfarine présentaient des latences plus longues au test de la piscine de Morris (p <0,05) ainsi qu'une hypoactivité et un comportement exploratoire plus faible au test de « l’open field » (p <0,05). Le traitement par warfarine a également entraîné une diminution spectaculaire du niveau de MK-4 dans toutes les régions du cerveau (p <0,001), une altération des concentrations de sphingolipidiques, en particulier dans le cortex frontal et le mésencéphale (p <0,05), et une perte de différences régionales sphingolipidiques, notamment pour les gangliosides. Le traitement par warfarine a été associé à un niveau inférieur de GD1a dans l'hippocampe et un niveau supérieur de GT1b dans le cortex préfrontal et le striatum. En conclusion, la déficience en VK induite par warfarine altère les niveaux de VK et sphingolipides dans le cerveau, avec de potentiels effets néfastes sur les fonctions cérébrales.

Hypertension et régulation de l'expression moléculaire de l'angiotensinogène par la ribonucléoprotéine hétérogène nucléaire K

Le diabète est une maladie chronique dont la principale caractéristique est un niveau plasmatique élevé de glucose, qui est causé soit par un défaut dans la production d’insuline, l’action de l’insuline, ou les deux à la fois. Plusieurs études ont démontré que l’hyperglycémie chronique peut mener à la dysfonction et même la défaillance de plusieurs organes, dont le coeur, le système vasculaire, les yeux et les reins, se traduisant par des infarctus du myocarde, des accidents cérébro-vasculaires et des complications rétinales et rénales, respectivement. La néphropathie diabétique (DN) est la principale cause de déficience rénale et affecte près de 25-40% des patients diabétiques. La DN est invariablement associée à un risque élevé d’accident cérébrovasculaire et de dysfonction cardivasculaire. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique précurseur de tous les types d’angiotensines. En plus du système rénine-angiotensine (RAS) sytémique, le rein possède son propre système intrarénal et exprime tous les composants du RAS. L’Agt est fortement exprimé dans les cellules du tubule proximal rénal (RPTC) et y est converti en angiotensine II (AngII), le peptide biologiquement actif du RAS. Les patients diabétiques présentent de hauts niveaux d’AngII et une augmentation de l’expression des gènes du RAS, suggérant que l’activation du RAS intrarénal joue un rôle important dans la progression de la DN. Les mécanismes qui contrôlent la régulation du niveau rénal d’Agt par l’hyperglycémie et l’insuline demeurent mal compris. Le but global de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes moléculaires qui contrôlent l’expression du gène Agt chez la souris Akita (un modèle murin de diabète de type 1). Dans cette optique, la première partie de la thèse se concentre sur deux facteurs de transcription de la famille des ribonucléoprotéines nucléaires hétérogènes (hnRNP). Chan et collaborateurs ont déjà identifié 2 protéines nucléaires hnRNP F et hnRNP K, de 48kD et 70kD respectivement. HnRNP F et hnRNP K forment un hétérodimère et se lient à l’élément de réponse à l’insuline (IRE) présent dans le promoteur du gène Agt du rat et inhibent la transcription du gène Agt in vitro. Afin de déterminer si hnRNP F / K sont responsables de l’inhibition de l’expression rénale de Agt par l’insuline in vivo, nous avons étudié des souris Akita males traités ou non avec des implants d’insuline pour une période de 4 semaines. Des souris non-Akita males ont été employées comme contrôles. Les souris Akita développent de l’hypertension et de l’hypertrophie rénale. Le traitement à l’insuline rétablit les niveaux de glucose plasmatiques et la pression systolique (SBP), et atténue l’hypertrophie rénale, l’albuminurie (ratio albumine/créatinine urinaire, ACR) et les niveaux urinaires d’Agt et AngII chez les souris Akita. De plus, le traitement à l’insuline inhibe l’expression rénale du gène Agt, tout en augmentant l’expression des gènes hnRNP F, hnRNP K et ACE2 (enzyme de conversion de l’angiotensine-2). Dans des RPTC in vitro, l’insuline inhibe Agt, mais stimule l’expression de hnRNP F et hnRNP K en présence de hautes concentrations de glucose, et ce via la voie de signalisation MAPK p44/42 (protéine kinase activée par un mitogène). La transfection avec des petits ARN interférents (siRNA) contre hnRNP F et hnRNP K prévient l’inhibition de l’expression d’Agt par l’insuline dans les RPTC. Cette étude démontre bien que l’insuline prévient l’hypertension et atténue les dommages rénaux observés chez les souris Akita diabétiques, en partie grâce à la suppression de la transcription rénale de Agt, via une augmentation de l’expression de hnRNP F et hnRNP K. La seconde partie de cette thèse change de focus et se tourne vers le facteur Nrf2 (nuclear factor erythroid 2-related factor 2). Nrf2 est un facteur de transcription qui contrôle les gènes de la réponse antioxydante cellulaire en réponse au stress oxydant ou aux électrophiles. Le but de cette étude est d’examiner l’impact de la surexpression de la catalase (Cat) dans les RPTC sur l’expression du gène Agt via Nrf2 et sur le développement de l’hypertension et des dommages rénaux résultants chez les souris diabétiques Akita transgéniques (Tg). Nos études ont démontré que la surexpression de Cat dans les souris Akita Cat-Tg normalise la SBP, atténue les dommages rénaux et inhibe l’expression des gènes Nrf2 et Agt dans les RPTC. In vitro, le glucose élevé (HG) et l’oltipraz (un activateur de Nrf2) stimulent l’expression de Nrf2 et Agt, et cet effet peut être bloqué par la trigonelline (inhibiteur de Nrf2), des siRNA contre Nrf2, des antioxydants ou des inhibiteurs pharmacologiques NF-κB et MAPK p38. La suppression de sites de réponse à Nrf2 présents dans le promoteur du gène Agt du rat abolit la stimulation par l’oltipraz. Finalement, des souris males adultes non-transgéniques traitées avec l’oltipraz montrent une augmentation de l’expression de Nrf2 et Agt dans leurs RPTC et cette augmentation peut être normalisée par la trigonelline. Ces données permettent d’identifier un nouveau mécanisme d’action de Nrf2, par la stimulation du gène Agt intrarénal et l’activation du RAS, qui induisent l’hypertension et les dommages rénaux par le glucose élevé et les espèces réactives de l’oxygène chez les souris diabétiques. Nos conclusions permettent de démontrer que l’insuline induit l’expression de hnRNP F et hnRNP K, qui jouent ensuite un rôle protecteur en prévenant l’hypertension. La surexpression de la catalase dans les RPTC vient quant à elle atténuer l’activation de Nrf2 et ainsi réduit la SBP chez les souris Akita.

Administration de [6]-gingérol intrathécal pour le traitement de la douleur neuropathique chez le rat mâle Sprague-Dawley

Le [6]-gingérol est un analogue structurel de la capsaïcine, une molécule agoniste au récepteurs TRPV1 et ayant des propriétés thérapeutiques connues dans le traitement de la douleur. Deux objectifs principaux ont été poursuivis lors de la réalisation de ce projet de recherche. D’abord, établir une meilleure caractérisation du métabolisme du [6]-gingérol chez le rat. Pour ce faire, une méthode sensible et spécifique pour la quantification du [6]-gingérol et ses métabolites par HPLC-ESI/MS/MS a été développée. Une étude de stabilité métabolique in vitro utilisant des microsomes hépatiques de rats a ensuite été réalisée. Les résultats démontrent une dégradation lente avec un temps de demi-vie de 163 minutes et une clairance intrinsèque relativement basse de 0.0043 mL/min. D’autres analyses ont ensuite été performées pour caractériser les métabolites in vitro et in vivo. Trois principaux métabolites de phase I et quatre métabolites de phase II ont été identifiés par HPLC-MS/MS et HPLC-MSD TOF. Les résultats suggèrent que le principal métabolite excrété dans l’urine est un glucuronide du [6]-gingérol hydroxylé. Le second objectif de ce projet était de déterminer l’effet central du [6]-gingérol sur la douleur neuropathique lorsqu’injecté par voie intrathécale. La distribution de la molécule a d’abord été évaluée suite à une administration intra-péritonéale de 40 mg/kg de [6]-gingérol et les ratios des concentrations cerveau-plasma et moelle épinière-plasma (0.73 et 1.7, respectivement) suggèrent que le [6]-gingérol se distribue efficacement au niveau du système nerveux central. Une injection intrathécale de 10 μg de [6]-gingérol à été performée chez les rats suite à l’induction de douleur par la pose de ligatures au niveau du nerf sciatique. Les résultats suggèrent une réduction significative de l’allodynie mécanique et de l’hyperalgésie thermique à 30 min, 2 h et 4 h suivant l’injection (p < 0.05, p < 0.01 et p < 0.001). Le [6]-gingérol se distribue donc adéquatement au niveau du système nerveux central des rats, permettant une action au niveau des récepteurs TRPV1. Ainsi, le [6]-gingérol pourrait soulager la douleur neuropathique en agissant centralement au niveau de la moelle épinière.

Alterations in brainstem a2 adrenoreceptor activity in pyridoxine-deficient rat model of hypertension

Moderate pyridoxine deficiency in adult male Sprague-Dawley rats results in significant hypertension, associated with a general sympathetic stimulation , including an increase in the turnover of norepinephrine in the heart. Treatment of these rats with pyridoxine reversed blood pressure to normal within 24 h. Treatment of pyridoxine-deficient rats with clonidine or x-methyl dihydroxyphenylalanine (x-methyl DOPA) also reduced the blood pressure of these animals to normal . There was also a significant increase in the Bma, of high and low affinity [3H]p-amino-clonidine binding to crude synaptosomal membrane preparations of the brain stem of deficient rats indicating chronic underexposure of)(, adrenoreceptors to endogenous norepinephrin.

Consequences of Decreased Brain Serotonin in the Pyridoxine Deficient Young Rat

The concentrations of serotonin in various brain areas were significantly decreased in the pyridoxine-deficient young rat. 2. There was no change in the concentration of dopamine. 3. Both Bmax and Kid of [3H]serotonin binding to membrane preparations from cerebral cortex were increased in deficiency and were restored to normal upon pyridoxine supplementation. 4. There was no change in [3H]spiroperidol binding to corpus striatal membrane preparations in pyridoxine-deficient rats.

Sympathetic Stimulation and Hypertension in the Pyridoxine-Deficient Adult Rat

Pyridoxal phosphate is the coenzyme of various decarboxylases involved in the formation of monoamine neurotransmitters such as y-aminobutyric acid , serotonin , dopamine, and norepinephrine . Adult male Sprague-Dawley rats placed on a pyridoxine -deficient diet for 8 weeks showed significant hypertension compared with pyridoxine -supplemented controls . Hypothalamic contents of pyridoxal phosphate , y-aminobutyric acid, and serotonin in the pyridoxine - deficient rats were significantly lower than those in pyridoxine -supplemented controls . Hypertension was associated with sympathetic stimulation . Treatment of pyridoxine-deficient rats with a single dose of pyridoxine (10 mg/kg body weight) reversed the blood pressure to normal levels within 24 hours, with concomitant restorations of hypothalamic serotonin and y-aminobutyric acid as well as the return of plasma norepinephrine and epinephrine to normal levels . Also, pyridoxine treatment reversed the hypothalamic hypothyroidism observed in pyridoxine -deficient rats . These results indicate an association between pyridoxine deficiency and sympathetic stimulation leading to hypertension.

Enhancement Of High Affinity Y-Aminobutyric Acid Receptor Binding In Cerebellum Of Pyridoxine-Deficient Rat

The high-affinity of [3H]y-aminobutyric acid (GABA) to GABAA receptors and [3H]baclofen to GABAB receptors were studied in the cerebellum of pyridoxine-deficient rats and compared to pyridoxine-supplemented controls. There was a significant increase in the maximal binding ( Bmax) of both GABAA and GABAB receptors with no significant difference in their binding affinities (Kd). The changes observed suggest a supersensitivity of GABAA and GABAB receptors which seems to correlate negatively with the concentration of GABA in the cerebellum of pyridoxine-deficient rats.