Evidence of the effect of dipyrone on the central nervous system as a determinant of delayed gastric emptying observed in rats after its administration

Dipyrone administered intravenously (iv) delays gastric emptying (GE) in rats. The objectives of the present study were to assess: 1) the effect of the dose of dipyrone and time after its iv administration on GE in rats, 2) the effect of subdiaphragmatic vagotomy (VgX) and bilateral electrolytic lesion of the paraventricular nucleus (PVNX) on the delayed GE induced by the drug, and 3) the intracerebroventricular (icv) action of dipyrone and of one of its metabolites, 4-aminoantipyrine on GE. Male Wistar rats received saline labeled with phenol red intragastrically as a test meal. GE was indirectly assessed by the determination of percent gastric retention (GR) of the test meal 10 min after administration by gavage. Dipyrone delays GE in a dose- and time-dependent manner. Thirty minutes after the iv administration of 80 mg/kg dipyrone, the animals showed significantly higher GR (mean = 62.6%) compared to those receiving vehicle (31.5%). VgX and PVNX significantly reduced the iv effect of 80 mg/kg dipyrone (mean %GR: VgX = 28.3 vs Sham = 55.5 and PVNX = 34.5 vs Sham = 52.2). Icv administration of 4 µmol dipyrone caused a significant increase in GR (54.1%) of the test meal 10 min later, whereas administration of 4 µmol 4-aminoantipyrine had no effect (34.4%). Although the dipyrone dose administered icv was 16 times lower than that applied iv, for the same time of action (10 min), the GR of animals that received the drug icv (54.1%) or iv (54.5%) did not differ significantly. In conclusion, the present results suggest that the effect of dipyrone in delaying GE is due to the action of the drug on the central nervous system, with the participation of the PVN and of the vagus nerve.

Nitric oxide modulation of the hypothalamo-neurohypophyseal system

Nitric oxide (NO), a free radical gas produced endogenously from the amino acid L-arginine by NO synthase (NOS), has important functions in modulating vasopressin and oxytocin secretion from the hypothalamo-neurohypophyseal system. NO production is stimulated during increased functional activity of magnocellular neurons, in parallel with plastic changes of the supraoptic nucleus (SON) and paraventricular nucleus. Electrophysiological data recorded from the SON of hypothalamic slices indicate that NO inhibits firing of phasic and non-phasic neurons, while L-NAME, an NOS inhibitor, increases their activity. Results from measurement of neurohypophyseal hormones are more variable. Overall, however, it appears that NO, tonically produced in the forebrain, inhibits vasopressin and oxytocin secretion during normovolemic, isosmotic conditions. During osmotic stimulation, dehydration, hypovolemia and hemorrhage, as well as high plasma levels of angiotensin II, NO inhibition of vasopressin neurons is removed, while that of oxytocin neurons is enhanced. This produces a preferential release of vasopressin over oxytocin important for correction of fluid imbalance. During late pregnancy and throughout lactation, fluid homeostasis is altered and expression of NOS in the SON is down- and up-regulated, respectively, in parallel with plastic changes of the magnocellular system. NO inhibition of magnocellular neurons involves GABA and prostaglandin synthesis and the signal-transduction mechanism is independent of the cGMP-pathway. Plasma hormone levels are unaffected by icv 1H-[1, 2, 4]oxadiazolo-[4,3-a]quinoxalin-1-one (a soluble guanylyl cyclase inhibitor) or 8-Br-cGMP administered to conscious rats. Moreover, cGMP does not increase in homogenates of the neural lobe and in microdialysates of the SON when NO synthesis is enhanced during osmotic stimulation. Among alternative signal-transduction pathways, nitrosylation of target proteins affecting activity of ion channels is considered.

Effect of cyhalothrin on Ehrlich tumor growth and macrophage activity in mice

Cyhalothrin, a pyrethroid insecticide, induces stress-like symptoms, increases c-fos immunoreactivity in the paraventricular nucleus of the hypothalamus, and decreases innate immune responses in laboratory animals. Macrophages are key elements in cellular immune responses and operate at the tumor-host interface. This study investigated the relationship among cyhalothrin effects on Ehrlich tumor growth, serum corticosterone levels and peritoneal macrophage activity in mice. Three experiments were done with 10 experimental (single gavage administration of 3.0 mg/kg cyhalothrin daily for 7 days) and 10 control (single gavage administration of 1.0 mL/kg vehicle of cyhalothrin preparation daily for 7 days) isogenic BALB/c mice in each experiment. Cyhalothrin i) increased Ehrlich ascitic tumor growth after ip administration of 5.0 x 106 tumor cells, i.e., ascitic fluid volume (control = 1.97 ± 0.39 mL and experimental = 2.71 ± 0.92 mL; P < 0.05), concentration of tumor cells/mL in the ascitic fluid (control = 111.95 ± 16.73 x 106 and experimental = 144.60 ± 33.18 x 106; P < 0.05), and total number of tumor cells in the ascitic fluid (control = 226.91 ± 43.22 x 106 and experimental = 349.40 ± 106.38 x 106; P < 0.05); ii) increased serum corticosterone levels (control = 200.0 ± 48.3 ng/mL and experimental = 420.0 ± 75.5 ng/mL; P < 0.05), and iii) decreased the intensity of macrophage phagocytosis (control = 132.3 ± 19.7 and experimental = 116.2 ± 4.6; P < 0.05) and oxidative burst (control = 173.7 ± 40.8 and experimental= 99.58 ± 41.7; P < 0.05) in vitro in the presence of Staphylococcus aureus. These data provide evidence that cyhalothrin simultaneously alters host resistance to Ehrlich tumor growth, hypothalamic-pituitary-adrenocortical (HPA) axis function, and peritoneal macrophage activity. The results are discussed in terms of data suggesting a link between stress, HPA axis activation and resistance to tumor growth.

Estradiol-induced hypophagia is associated with the differential mRNA expression of hypothalamic neuropeptides

Estradiol participates in the control of energy homeostasis, as demonstrated by an increase in food intake and in body weight gain after ovariectomy in rats. In the present study, female Wistar rats (200-230 g, N = 5-15 per group), with free access to chow, were individually housed in metabolic cages. We investigated food intake, body weight, plasma leptin levels, measured by specific radioimmunoassay, and the hypothalamic mRNA expression of orexigenic and anorexigenic neuropeptides, determined by real-time PCR, in ovariectomized rats with (OVX+E) and without (OVX) estradiol cypionate treatment (10 µg/kg body weight, sc, for 8 days). Hormonal and mRNA expression were determined at pre-feeding and 4 h after food intake. OVX+E rats showed lower food intake, less body weight gain and lower plasma leptin levels. In the OVX+E group, we also observed a reduction of neuropeptide Y (NPY), agouti-related protein (AgRP) and cocaine- and amphetamine-regulated transcript (CART) mRNA expression in the arcuate nucleus and a decrease in orexin A in the lateral hypothalamic area (LHA). There was an increase in leptin receptor (LepRb), melanocortin-4 receptor (MC4-R), CART, and mainly corticotropin-releasing hormone (CRH) mRNA in the paraventricular nucleus and LepRb and CART mRNA in the LHA. These data show that hypophagia induced by estradiol treatment is associated with reduced hypothalamic expression of orexigenic peptides such as NPY, AgRP and orexin A, and increased expression of the anorexigenic mediators MC4-R, LepRb and CRH. In conclusion, estradiol decreases food intake, and this effect seems to be mediated by peripheral factors such as leptin and the differential mRNA expression of neuropeptides in the hypothalamus.

Cardiovascular and autonomic modulation by the central nervous system after aerobic exercise training

The autonomic nervous system plays a key role in maintaining homeostasis under normal and pathological conditions. The sympathetic tone, particularly for the cardiovascular system, is generated by sympathetic discharges originating in specific areas of the brainstem. Aerobic exercise training promotes several cardiovascular adjustments that are influenced by the central areas involved in the output of the autonomic nervous system. In this review, we emphasize the studies that investigate aerobic exercise training protocols to identify the cardiovascular adaptations that may be the result of central nervous system plasticity due to chronic exercise. The focus of our study is on some groups of neurons involved in sympathetic regulation. They include the nucleus tractus solitarii, caudal ventrolateral medulla and the rostral ventrolateral medulla that maintain and regulate the cardiac and vascular autonomic tonus. We also discuss studies that demonstrate the involvement of supramedullary areas in exercise training modulation, with emphasis on the paraventricular nucleus of the hypothalamus, an important area of integration for autonomic and neuroendocrine responses. The results of these studies suggest that the beneficial effects of physical activity may be due, at least in part, to reductions in sympathetic nervous system activity. Conversely, with the recent association of physical inactivity with chronic disease, these data may also suggest that increases in sympathetic nervous system activity contribute to the increased incidence of cardiovascular diseases associated with a sedentary lifestyle.

Angiotensin-II-induced reactive oxygen species along the SFO-PVN-RVLM pathway: implications in neurogenic hypertension

Neurogenic hypertension has been the subject of extensive research worldwide. This review is based on the premise that some forms of neurogenic hypertension are caused in part by the formation of angiotensin-II (Ang-II)-induced reactive oxygen species along the subfornical organ-paraventricular nucleus of the hypothalamus-rostral ventrolateral medulla pathway (SFO-PVN-RVLM pathway). We will discuss the recent contribution of our laboratory and others regarding the mechanisms by which neurons in the SFO (an important circumventricular organ) are activated by Ang-II, how the SFO communicates with two other important areas involved in sympathetic activity regulation (PVN and RVLM) and how Ang-II-induced reactive oxygen species participate along the SFO-PVN-RVLM pathway in the pathogenesis of neurogenic hypertension.

Neural regulation of the stress response: glucocorticoid feedback mechanisms

The mammalian stress response is an integrated physiological and psychological reaction to real or perceived adversity. Glucocorticoids are an important component of this response, acting to redistribute energy resources to both optimize survival in the face of challenge and to restore homeostasis after the immediate challenge has subsided. Release of glucocorticoids is mediated by the hypothalamo-pituitary-adrenal (HPA) axis, driven by a neural signal originating in the paraventricular nucleus (PVN). Stress levels of glucocorticoids bind to glucocorticoid receptors in multiple body compartments, including the brain, and consequently have wide-reaching actions. For this reason, glucocorticoids serve a vital function in negative feedback inhibition of their own secretion. Negative feedback inhibition is mediated by a diverse collection of mechanisms, including fast, non-genomic feedback at the level of the PVN, stress-shut-off at the level of the limbic system, and attenuation of ascending excitatory input through destabilization of mRNAs encoding neuropeptide drivers of the HPA axis. In addition, there is evidence that glucocorticoids participate in stress activation via feed-forward mechanisms at the level of the amygdala. Feedback deficits are associated with numerous disease states, underscoring the necessity for adequate control of glucocorticoid homeostasis. Thus, rather than having a single, defined feedback ‘switch’, control of the stress response requires a wide-reaching feedback ‘network’ that coordinates HPA activity to suit the overall needs of multiple body systems.

Glial cell activity is maintained during prolonged inflammatory challenge in rats

We evaluated the expression of glial fibrillary acidic protein (GFAP), glutamine synthetase (GS), ionized calcium binding adaptor protein-1 (Iba-1), and ferritin in rats after single or repeated lipopolysaccharide (LPS) treatment, which is known to induce endotoxin tolerance and glial activation. Male Wistar rats (200-250 g) received ip injections of LPS (100 µg/kg) or saline for 6 days: 6 saline (N = 5), 5 saline + 1 LPS (N = 6) and 6 LPS (N = 6). After the sixth injection, the rats were perfused and the brains were collected for immunohistochemistry. After a single LPS dose, the number of GFAP-positive cells increased in the hypothalamic arcuate nucleus (ARC; 1 LPS: 35.6 ± 1.4 vs control: 23.1 ± 2.5) and hippocampus (1 LPS: 165.0 ± 3.0 vs control: 137.5 ± 2.5), and interestingly, 6 LPS injections further increased GFAP expression in these regions (ARC = 52.5 ± 4.3; hippocampus = 182.2 ± 4.1). We found a higher GS expression only in the hippocampus of the 6 LPS injections group (56.6 ± 0.8 vs 46.7 ± 1.9). Ferritin-positive cells increased similarly in the hippocampus of rats treated with a single (49.2 ± 1.7 vs 28.1 ± 1.9) or repeated (47.6 ± 1.1 vs 28.1 ± 1.9) LPS dose. Single LPS enhanced Iba-1 in the paraventricular nucleus (PVN: 92.8 ± 4.1 vs 65.2 ± 2.2) and hippocampus (99.4 ± 4.4 vs 73.8 ± 2.1), but had no effect in the retrochiasmatic nucleus (RCA) and ARC. Interestingly, 6 LPS increased the Iba-1 expression in these hypothalamic and hippocampal regions (RCA: 57.8 ± 4.6 vs 36.6 ± 2.2; ARC: 62.4 ± 6.0 vs 37.0 ± 2.2; PVN: 100.7 ± 4.4 vs 65.2 ± 2.2; hippocampus: 123.0 ± 3.8 vs 73.8 ± 2.1). The results suggest that repeated LPS treatment stimulates the expression of glial activation markers, protecting neuronal activity during prolonged inflammatory challenges.

Effects of social context on endocrine function and Zif268 expression in response to an acute stressor in adolescent and adult rats

There is a paucity of studies comparing social buffering in adolescents and adults, despite their marked differences in social behaviour. I investigated whether greater effects of social buffering on plasma corticosterone concentrations and expression of Zif268 in neural regions after an acute stressor would be found in adolescent compared with adult rats. Samples were obtained before and after one hour of isolation stress and after either one or three hours of recovery back in the colony with either a familiar or unfamiliar cage partner. Adolescent and adult rats did not differ in plasma concentrations of corticosterone at any time point. Corticosterone concentrations were higher after one hour isolation than at baseline (p < 0.001), and rats with a familiar partner during the recovery phase had lower corticosterone concentrations than did rats with an unfamiliar partner (p = 0.02). Zif268 immunoreactive cell counts were higher in the arcuate nucleus in both age groups after isolation (p = 0.007) and higher in the paraventricular nucleus of adolescents compared with adults during the recovery phase irrespective of partner familiarity. There was a significant decrease in immunoreactive cell counts after one hour isolation compared to baseline in the basolateral amygdala, central nucleus of the amygdala, and in the pyramidal layer of the hippocampus (all p < 0.05). An effect of partner familiarity on Zif268 immunoreactive cell counts was found in the granule layer of the dentate gyrus irrespective of age (higher in those with a familiar partner, p = 0.03) and in the medial prefrontal cortex in adolescents (higher with an unfamiliar partner, p = 0.02). Overall, the acute stress and partner familiarity produced a similar pattern of results in adolescents and adults, with both age groups sensitive to the social context.

Dissection du programme développemental du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus.

Une cascade de facteurs de transcription composée de SIM1, ARNT2, OTP, BRN2 et SIM2 est requise pour la différenciation des cinq types cellulaires qui peuplent le noyau paraventriculaire (PVN) de l’hypothalamus, un régulateur critique de plusieurs processus physiologiques essentiels à la survie. De plus, l’haploinsuffisance de Sim1 est aussi une cause d’hyperphagie isolée chez la souris et chez l’homme. Nous désirons disséquer le programme développemental du PVN, via une approche intégrative, afin d’identifier de nouveaux gènes qui ont le potentiel de réguler l’homéostasie chez l’individu adulte. Premièrement, nous avons utilisé une approche incluant l’analyse du transcriptome du PVN à différents stades du développement de la souris pour identifier de tels gènes. Nous avons comparé les transcriptomes de l’hypothalamus antérieur chez des embryons de souris Sim1+/+ et Sim1-/- à E12.5 issus de la même portée. De cette manière, nous avons identifié 56 gènes agissant en aval de Sim1 dont 5 facteurs de transcription - Irx3, Sax1, Rxrg, Ror et Neurod6. Nous avons également proposé un modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur. Selon ce modèle, les gènes qui occupent un domaine médial dans la zone du manteau caractérisent des cellules qui peupleront le PVN alors que les gènes qui ont une expression latérale identifient des cellules qui donneront plus tard naissance aux structures ventrolatérales de l’hypothalamus. Nous avons aussi démontré que Sim1 est impliqué à la fois dans la différenciation, la migration et la prolifération des neurones qui peuplent le PVN tout comme Otp. Nous avons également isolé par microdissection au laser le PVN et l’hypothalamus médiobasal chez des souris de type sauvage à E14.5 pour en comparer les transcriptomes. Ceci nous a permis d’identifier 34 facteurs de transcription spécifiques au PVN et 76 facteurs spécifiques à l’hypothalamus médiobasal. Ces gènes représentent des régulateurs potentiels du développement hypothalamique. Deuxièmement, nous avons identifié 3 blocs de séquences au sein de la région 5’ d’Otp qui sont conservés chez l’homme, la souris et le poisson. Nous avons construit un transgène qui est composé d’un fragment de 7 kb contenant ces blocs de séquences et d’un gène rapporteur. L’analyse de 4 lignées de souris a montré que ce transgène est uniquement exprimé dans le PVN en développement. Nous avons généré un deuxième transgène dans lequel le fragment de 7 kb est inséré en amont de l’ADNc de Brn2 ou Sim1 et de Gfp. Nous avons obtenu quatre lignées de souris dans lesquels le profil d’expression de Brn2 et de Gfp reproduit celui d’Otp. Nous étudierons le développement du PVN et la prise alimentaire chez ces souris. En parallèle, nous croisons ces lignées avec les souris déficientes en Sim1 pour déterminer si l’expression de Brn2 permet le développement des cellules du PVN en absence de Sim1. En résumé, nous avons généré le premier transgène qui est exprimé spécifiquement dans le PVN. Ce transgène constitue un outil critique pour la dissection du programme développemental de l’hypothalamus. Troisièmement, nous avons caractérisé le développement de l’hypothalamus antérieur chez l’embryon de poulet qui représente un modèle intéressant pour réaliser des études de perte et de gain de fonction au cours du développement de cette structure. Il faut souligner que le modèle de développement à deux couches de l’hypothalamus antérieur semble être conservé chez l’embryon de poulet où il est aussi possible de classer les gènes selon leur profil d’expression médio-latéral et le devenir des régions qu’ils définissent. Finalement, nous croyons que cette approche intégrative nous permettra d’identifier et de caractériser des régulateurs du développement du PVN qui pourront potentiellement être associés à des pathologies chez l’adulte telles que l’obésité ou l’hypertension.

Impact de l'haploinsuffisance du gène Sim1 sur le développement et la fonction du noyau paraventriculaire de l'hypothalamus

L’obésité provient d’un déséquilibre de l’homéostasie énergétique, c’est-à-dire une augmentation des apports caloriques et/ou une diminution des dépenses énergétiques. Plusieurs données, autant anatomiques que physiologiques, démontrent que l’hypothalamus est un régulateur critique de l’appétit et des dépenses énergétiques. En particulier, le noyau paraventriculaire (noyau PV) de l’hypothalamus intègre plusieurs signaux provenant du système nerveux central (SNC) et/ou de la périphérie, afin de contrôler l’homéostasie énergétique via des projections axonales sur les neurones pré-ganglionnaires du système autonome situé dans le troc cérébral et la moelle épinière. Plusieurs facteurs de transcription, impliqués dans le développement du noyau PV, ont été identifiés. Le facteur de transcription SIM1, qui est produit par virtuellement tous les neurones du noyau PV, est requis pour le développement du noyau PV. En effet, lors d’une étude antérieure, nous avons montré que le noyau PV ne se développe pas chez les souris homozygotes pour un allèle nul de Sim1. Ces souris meurent à la naissance, probablement à cause des anomalies du noyau PV. Par contre, les souris hétérozygotes survivent, mais développent une obésité précoce. De façon intéressante, le noyau PV des souris Sim1+/- est hypodéveloppé, contenant 24% moins de cellules. Ces données suggèrent fortement que ces anomalies du développement pourraient perturber le fonctionnement du noyau PV et contribuer au développement du phénotype d’obésité. Dans ce contexte, nous avons entrepris des travaux expérimentaux ayant pour but d’étudier l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur : 1) le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) l’homéostasie énergétique; et 3) les voies neuronales physiologiques contrôlant l’homéostasie énergétique chez les souris Sim1+/-. A cette fin, nous avons utilisé : 1) des injections stéréotaxiques combinées à des techniques d’immunohistochimie afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur le développement du noyau PV et de ses projections neuronales efférentes; 2) le paradigme des apports caloriques pairés, afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur l’homéostasie énergétique; et 3) une approche pharmacologique, c’est-à-dire l’administration intra- cérébroventriculaire (i.c.v.) et/ou intra-péritonéale (i.p.) de peptides anorexigènes, la mélanotane II (MTII), la leptine et la cholécystokinine (CCK), afin de déterminer l’impact de l’haploinsuffisance de Sim1 sur les voies neuronales contrôlant l’homéostasie énergétique. Dans un premier temps, nous avons constaté une diminution de 61% et de 65% de l’expression de l’ARN messager (ARNm) de l’ocytocine (Ot) et de l’arginine-vasopressine (Vp), respectivement, chez les embryons Sim1+/- de 18.5 jours (E18.5). De plus, le nombre de cellules produisant l’OT et la VP est apparu diminué de 84% et 41%, respectivement, chez les souris Sim1+/- adultes. L’analyse du marquage axonal rétrograde des efférences du noyau PV vers le tronc cérébral, en particulier ses projections sur le noyau tractus solitaire (NTS) aussi que le noyau dorsal moteur du nerf vague (X) (DMV), a permis de démontrer une diminution de 74% de ces efférences. Cependant, la composition moléculaire de ces projections neuronales reste inconnue. Nos résultats indiquent que l’haploinsuffisance de Sim1 : i) perturbe spécifiquement le développement des cellules produisant l’OT et la VP; et ii) abolit le développement d’une portion importante des projections du noyau PV sur le tronc cérébral, et notamment ses projections sur le NTS et le DMV. Ces observations soulèvent donc la possibilité que ces anomalies du développement du noyau PV contribuent au phénotype d’hyperphagie des souris Sim1+/-. En second lieu, nous avons observé que la croissance pondérale des souris Sim1+/- et des souris Sim1+/+ n’était pas significativement différente lorsque la quantité de calories présentée aux souris Sim1+/- était la même que celle consommée par les souris Sim1+/+. De plus, l’analyse qualitative et quantitative des tissus adipeux blancs et des tissus adipeux bruns n’a démontré aucune différence significative en ce qui a trait à la taille et à la masse de ces tissus chez les deux groupes. Finalement, au terme de ces expériences, les souris Sim1+/--pairées n’étaient pas différentes des souris Sim1+/+ en ce qui a trait à leur insulinémie et leur contenu en triglycérides du foie et des masses adipeuses, alors que tous ces paramètres étaient augmentés chez les souris Sim1+/- nourries ad libitum. Ces résultats laissent croire que l’hyperphagie, et non une diminution des dépenses énergétiques, est la cause principale de l’obésité des souris Sim1+/-. Par conséquent, ces résultats suggèrent que : i) l’haploinsuffisance de Sim1 est associée à une augmentation de l’apport calorique sans toutefois moduler les dépenses énergétiques; ii) l’existence d’au moins deux voies neuronales issues du noyau PV : l’une qui régule la prise alimentaire et l’autre la thermogénèse; et iii) l’haploinsuffisance de Sim1 affecte spécifiquement la voie neuronale qui régule la prise alimentaire. En dernier lieu, nous avons montré que l’injection de MTII, de leptine ainsi que de CCK induit une diminution significative de la consommation calorique des souris des deux génotypes, Sim1+/+ et Sim1+/-. De fait, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 37% et de 51%, respectivement, durant les 4 heures suivant l’administration i.p. de MTII comparativement à l’administration d’une solution saline. Lors de l’administration i.c.v. de la leptine, la consommation calorique cumulative des souris Sim1+/- et Sim1+/+ est diminuée de 47% et de 32%, respectivement. Finalement, l’injection i.p. de CCK diminue la consommation calorique des souris Sim1+/- et Sim1+/+ de 52% et de 36%, respectivement. L’ensemble des résultats suggère ici que l’haploinsuffisance de Sim1 diminue l’activité de certaines voies neuronales régulant l’homéostasie énergétique, et particulièrement de celles qui contrôlent la prise alimentaire. En résumé, ces travaux ont montré que l’haploinsuffisance de Sim1 affecte plusieurs processus du développement au sein du noyau PV. Ces anomalies du développement peuvent conduire à des dysfonctions de certains processus physiologiques distincts régulés par le noyau PV, et notamment de la prise alimentaire, et contribuer ainsi au phénotype d’obésité. Les souris hétérozygotes pour le gène Sim1 représentent donc un modèle animal unique, où l’hyperphagie, et non les dépenses énergétiques, est la principale cause de l’obésité. En conséquence, ces souris pourraient représenter un modèle expérimental intéressant pour l’étude des mécanismes cellulaires et moléculaires en contrôle de la prise alimentaire.

Régulation transcriptionelle du développement de l'hypothalamus chez l'amphibien

Le noyau paraventriculaire (PVN) de l'hypothalamus régule une série de phénomènes physiologiques incluant l'équilibre énergétique et la pression artérielle. Nous avons identifié une cascade de facteurs de transcription qui contrôle le développement du PVN. SIM1 et OTP agissent en parallèle pour contrôler la différenciation d'au moins cinq types de neurones identifiables par la production d'OT, AVP, CRH, SS et TRH. Ces Facteurs de transcriptions contrôlent le développement des lignées CRH, AVP et OT en maintenant l'expression de Brn2 qui à son tour est nécessaire pour la différenciation terminale de ces neurones. L'analyse du transcriptome du PVN nous a permis d'identifier plusieurs gènes qui ont le potentiel de contrôler le développement du PVN. Nous voulons développer un paradigme de perte de fonction qui permettrait l'étude de ces gènes candidats sur une grande échelle. Le but de ce projet est de caractériser le PVN en développement de l'amphibien en vue de l'utilisation de ce modèle pour des études fonctionnelles. Nous avons cloné des fragments de cDNA de Sim1, OTP, Brn2, Sim2, CRH, Ot, AVP et TRH à partir de l'ARN total de Xenopus Laevis. Nous avons adapté notre technique d'hybridation in situ pour caractériser l'expression de ces gènes chez l'amphibien aux stades 33-39, 44, 51, 54, 60, et chez l'adulte. Résultats. Les Facteurs de transcription Sim1, OTP, et Brn2 commencent à être exprimés dans le PVN prospectif au stade 33. L'expression des marqueurs de différenciation terminale devient détectable entre les stades 37 et 39. De façon intéressante, le PVN occupe initialement un domaine de forme globulaire puis à partir du stade 44 s'allonge le long de l’axe dorso-ventral. Cet allongement se traduit par une organisation en colonnes des cellules du PVN que nous n'avons pas observée chez les rongeurs. Le développement du PVN est conservé chez l'amphibien dans la mesure où la relation entre l'expression des facteurs de transcription et des marqueurs de différenciation terminale est conservée. Il existe par ailleurs des différences entre la topographie des PVN des mammifères et de l'amphibien. L'organisation en colonnes de cellules pourrait correspondre à des mouvements de migration tangentielle. Nous sommes maintenant en mesure de tester la fonction des facteurs de transcription dans le PVN par l'approche d'invalidation par morpholinos.

Le peptide natriurétique auriculaire induit la différenciation cardiaque dans les cellules souches embryonnaires carcinomateuses de souris P19

Traditionnellement associée à la reproduction féminine, l'ocytocine (OT), une hormone peptidique synthétisée par les noyaux paraventriculaire et supraoptique de l'hypothalamus et sécrétée par l'hypophyse postérieure (neurohypophyse), a été récemment revue et a été démontrée avoir plusieurs nouveaux rôles dans le système cardio-vasculaire. En effet, notre laboratoire a montré que l’OT peut induire la différenciation des cellules souches embryonnaires (CSE) en cardiomyocytes (CM) fonctionnels. À l’aide du modèle cellulaire embryonnaire carcinomateux de souris P19, il a été démontré que ce processus survenait suite à la libération de la guanosine monophosphate cyclique (GMPc) dépendante du monoxyde d’azote. De même, il est connu que le peptide natriurétique auriculaire (ANP), un peptide produit, stocké et sécrété par les myocytes cardiaques, peut aussi induire la production du GMPc. De nombreuses études ont démontré que le cœur ayant subi un infarctus pouvait être régénéré à partir d’une population isolée de cellules souches et progénitrices transplantées. Une de ces populations de cellules, fréquemment isolées à partir d'organes provenant d'animaux aux stades de développement embryonnaire et adulte, appelée « Side Population » (SP), sont identifiées par cytométrie en flux (FACS) comme une population de cellules non marquées par le colorant fluorescent Hoechst 33342 (Ho). Les cellules SP expriment des protéines de transport spécifiques, de la famille ATP-binding cassette, qui ont pour rôle de transporter activement le colorant fluorescent Ho de leur cytoplasme. La sous-population de cellules SP isolée du cœur affiche un potentiel de différenciation cardiaque amélioré en réponse à un traitement avec l’OT. Récemment, l'hétérogénéité phénotypique et fonctionnelle des CSE a été mise en évidence, et cela a été corrélé avec la présence de sous-populations cellulaires ressemblant beaucoup aux cellules SP issues du cœur. Puisque l’ANP peut induire la production du GMPc et qu’il a été démontré que la différenciation cardiaque était médiée par la production du GMPc, alors nous émettons l'hypothèse selon laquelle l’ANP pourrait induire la différenciation cardiaque. Étant donné que les CSE sont composés d’un mélange de différents types cellulaires alors nous émettons aussi l’hypothèse selon laquelle l’utilisation d’une sous-population de CSE plus homogène renforcerait le potentiel de différenciation de l'ANP. Méthodes : Les SP ont été isolées des cellules P19 par FACS en utilisant la méthode d’exclusion du colorant fluorescent Ho. Puis, leur phénotype a été caractérisé par immunofluorescence (IF) pour les marqueurs de l’état indifférencié, d’auto-renouvellement et de pluripotence octamer-binding transcription factor 4 (OCT4) et stage-specific embryonic antigen-1 (SSEA1). Ensuite, la dose pharmacologique optimale d’ANP a été déterminée via des tests de cytotoxicité sur des cellules P19 (MTT assay). Pour induire la différenciation en cardiomyocytes, des cellules à l’état de sphéroïdes ont été formées à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » sous la stimulation de l’ANP pendant 5 jours. Puis, des cryosections ont été faites dans les sphéroïdes afin de mettre en évidence la présence de marqueurs de cellules cardiaques progénitrices tels que GATA4, Nkx2.5 et un marqueur mitochondrial spécifique Tom22. Ensuite, les cellules SP P19 ont été stimulées dans les sphéroïdes cellulaires par le traitement avec de l'ANP (10-7 M) ou de l’OT (10-7 M), de l’antagoniste spécifique du guanylate cyclase particulé (GCp) A71915 (10-6 M), ainsi que la combinaison des inducteurs OT+ANP, OT+A71915, ANP+A71915. Après la mise en culture, la différenciation en cardiomyocytes a été identifié par l’apparition de colonies de cellules battantes caractéristiques des cellules cardiaques, par la détermination du phénotype cellulaire par IF, et enfin par l’extraction d'ARN et de protéines qui ont été utilisés pour le dosage du GMPc par RIA, l’expression des ARNm par RT-PCR et l’expression des protéines par immunobuvardage de type western. Résultats : Les sphéroïdes obtenus à l’aide de la technique du « Hanging-Drop » ont montré une hausse modeste de l’expression des ARNm suivants : OTR, ANP et GATA4 comparativement aux cellules cultivées en monocouches. Les sphéroïdes induits par l’ANP ont présenté une augmentation significative des facteurs de transcription cardiaque GATA4 et Nkx2.5 ainsi qu’un plus grand nombre de mitochondries caractérisé par une plus grande présence de Tom22. De plus, L’ANP a induit l’apparition de colonies de cellules battantes du jour 7 (stade précoce) au jour 14 (stade mature) de façon presque similaire à l’OT. Cependant, la combinaison de l’ANP avec l’OT n’a pas induit de colonies de cellules battantes suggérant un effet opposé à celui de l’OT. Par IF, nous avons quantifié (nombre de cellules positives) et caractérisé, du jour 6 au jour 14 de différenciation, le phénotype cardiaque de nos cellules en utilisant les marqueurs suivants : Troponine T Cardiaque, ANP, Connexines 40 et 43, l’isoforme ventriculaire de la chaîne légère de myosine (MLC-2v), OTR. Les SP différenciées sous la stimulation de l’ANP ont montré une augmentation significative du GMPc intracellulaire comparé aux cellules non différenciées. À notre grande surprise, l’antagoniste A71915 a induit une plus grande apparition de colonies de cellules battantes comparativement à l’OT et l’ANP à un jour précoce de différenciation cardiaque et l’ajout de l’OT ou de l’ANP a potentialisé ses effets, augmentant encore plus la proportion de colonies de cellules battantes. De plus, la taille des colonies de cellules battantes était encore plus importante que sous la simple stimulation de l’OT ou de l’ANP. Les analyses radioimmunologiques dans les cellules SP P19 stimulés avec l’ANP, A71915 et la combinaison des deux pendant 15min, 30min et 60min a montré que l’ANP stimule significativement la production du GMPc, cependant A71915 n’abolit pas les effets de l’ANP et celui-ci au contraire stimule la production du GMPc via des effets agonistes partiels. Conclusion : Nos résultats démontrent d’une part que l’ANP induit la différenciation des cellules SP P19 en CM fonctionnels. D’autre part, il semblerait que la voie de signalisation NPRA-B/GCp/GMPc soit impliquée dans le mécanisme de différenciation cardiaque puisque l’abolition du GMPc médiée par le GCp potentialise la différenciation cardiaque et il semblerait que cette voie de signalisation soit additive de la voie de signalisation induite par l’OT, NO/GCs/GMPc, puisque l’ajout de l’OT à l’antagoniste A71915 stimule plus fortement la différenciation cardiaque que l’OT ou l’A71915 seuls. Cela suggère que l’effet thérapeutique des peptides natriurétiques observé dans la défaillance cardiaque ainsi que les propriétés vasodilatatrices de certains antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques inclus la stimulation de la différenciation des cellules souches en cardiomyocytes. Cela laisse donc à penser que les peptides natriurétiques ou les antagonistes des récepteurs peptidiques natriurétiques pourraient être une alternative très intéressante dans la thérapie cellulaire visant à induire la régénération cardiovasculaire.

Rôle du récepteur EphA4 dans la plasticité structurale neurono-gliale du noyau supraoptique à la suite d’un régime à l’eau salée

Les noyaux supraoptiques (NSO) et paraventriculaires (NPV) de l’hypothalamus montrent un phénomène réversible de plasticité structurale neurono-gliale dans diverses conditions physiologiques telles que la parturition, l’allaitement ou lors d’une surcharge en sel. En effet, les feuillets astrocytaires qui enveloppent normalement les somas et dendrites des neurones à ocytocine (OT) ou à vasopressine (AVP) se rétractent alors, autour des neurones à OT, laissant place à la formation de nouvelles synapses, surtout GABAergiques. Nous avons émis l’hypothèse voulant que ces mouvements cellulaires soient régulés par des molécules connues pour leurs rôles dans l’adhérence et la motilité cellulaires, notamment les récepteurs Eph et les éphrines (Efn). Nous avons étudié le rôle de l’un de ces récepteurs, EphA4, un récepteur à tyrosine kinase reconnaissant l’ensemble des Efn, A ou B, puis tenté d’identifier les Efn partenaires dans le NSO, à la suite d’une surcharge en sel. Pour démontrer la présence d’EphA4 dans le NSO et déterminer l’effet d’une surcharge en sel sur son expression et sa localisation, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie en microscopie électronique, sur des coupes de cerveaux de souris ou rats traités ou non à l’eau salée pendant 1-7 j, avec des ribosondes ou des anticorps spécifiques pour EphA4. Ces travaux ont démontré une augmentation de l’expression d’EphA4 dans le NSO, notamment dans des dendrites, après le régime salé. La distribution de cette expression correspondait à celle des neurones OT et était absente de la glia limitans. Nous avons ensuite déterminé l’effet d’une absence d’EphA4 sur les mouvements astrocytaires et la synaptogènese autour des dendrites à OT et AVP, en utilisant des souris EphA4 knockouts et des souris de type sauvage des mêmes portées. Nous avons ainsi mesuré la couverture astrocytaire des dendrites OT ou AVP, identifiées par immunocytochimie anti-OT ou anti-AVP, en microscopie électronique. Ces mesures ont confirmé la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse autour des dendrites OT, mais pas autour des dendrites AVP, chez les souris de type sauvage, et démontré que la rétraction des feuillets astrocytaires et la synaptogenèse sur les dendrites OT ne se produisait pas chez les souris knockouts soumises à la surcharge en sel. L’ensemble de ces résultats démontre un rôle d’EphA4 dans cette plasticité structurale neurono-gliale. Afin d’identifier l’Efn partenaire d’EphA4 dans cette fonction, nous avons utilisé l’hybridation in situ et l’immunohistochimie pour les EfnB3 et -A3. L’hybridation in situ n’a pas démontré d’expression de l’EfnB3 dans le NSO, tandis que les résultats pour l’EfnA3 restent à quantifier. Cependant, l’immunohistochimie anti-EfnA3 montre un marquage d’astrocytes dans le NSO et la glia limitans, marquage qui semble augmenter après surcharge en sel, mais il reste à démontrer que l’anticorps anti-EfnA3 est bien spécifique et à quantifier les éventuels changements sur un plus grand nombre d’animaux. L’ensemble de ces observations démontre un rôle du récepteur EphA4 dans les mécanismes à la base des changements structuraux neurono-gliaux du NSO et pointe vers l’EfnA3 comme partenaire d’EphA4 dans ce modèle.

The cannabinoid CB1 receptor antagonist SR141716 blocks the orexigenic effects of intrahypothalamic ghrelin

The paraventricular nucleus (PVN) of the hypothalamus plays a key role in the control of appetite and energy balance. Both ghrelin and cannabinoid receptor agonists increase food intake when administered into this nucleus: this study investigated possible interactions between the two systems in relation to eating. The orexigenic effect of ghrelin (100 pmol) when infused in to the PVN was reversed by a small, systemic dose of the CB1 cannabinoid receptor antagonist SR141716 (1 mg kg(-1)). This is the first demonstration of a functional relationship between brain ghrelin and endocannabinoid systems, and, although it needs to be further investigated, the effect of ghrelin on food intake when injected into the PVN seems to be mediated by stimulation of cannabinoid release.