Motile response patterns and ultrastructural observations of the isolated outer hair cell

The tonotopic organization of the mammalian cochlea is accompanied by structural gradients which include the somatic lengths of outer hair cells (OHCs). These receptors rest upon the vibrating portion of the basilar membrane and have been reported to exhibit motile responses following chemical and electrical stimulation. These movements were examined in detail in this dissertation. It was found that isolated OHCs cultured in vitro respond to chemical depolarization with slow tonic movements, and to electrical waveforms with bi-directional, frequency following movements extending from DC to at least 10 kHz.^ Slow contractions were also elicited following electrical stimulation, bath incubation in carbachol (a cholinergic agonist), and increases in extracellular K+ concentration as little as 50 mM.^ Isolated OHCs display anatomical features which are remarkable when contrasted with those prepared from intact receptor organs. A complex structure located between the cuticular plate and the nuclear membrane was consistently observed and was examined by serial cross-sections which revealed a network of non-membrane bound densities. This corresponded to a granular complex seen at the light microscope level. The complex was composed of dense regions of organelles, striated structures embedded within the core, and a circumferential network of microtubules residing in the peri-nuclear portion of the cell. In cells which had lost their nuclear attachment to the terminal synaptic body, the granular complex could be made to contract without effecting any change in cellular length, implying that the complex may be the driving force behind certain aspects of the motile response.^ Most cells displayed movements which revealed asymmetries analogous to those reported for OHC receptor potentials in vivo. The contraction phase (for longer cells) was shown to have a small time constant (approximately 400 microseconds) and saturated with limited displacements. The expansion phase had time constants as large as 1.3 milliseconds but yielded displacements as much as 60 percent larger than those seen for contractions.^ Additional waveform characteristics seen in the in vivo response could be emulated either by biasing the cell's resting length with either direct current, triggering contractions via large electrical displacements, or incubation with depolarizing compounds.^ Alternatively, short (20-30 um) cells revealed more linear response characteristics to the probe stimulus. Partial saturation was achieved and revealed a DC component which was opposite in polarity to that seen in longer cells. (Abstract shortened with permission of author.) ^

Early stages of experimental colon carcinogenesis inhibit mast cell-dependent mucosal immune function of the distal colon

Inhibition of local host immune reactions is one mechanism contributing to tumor progression. To determine if alterations in local immune functioning occur during colon carcinogenesis, a model mucosal immune response, type I hypersensitivity against the intestinal parasite Trichinella spiralis, was first characterized in normal mice and then examined during experimental colon carcinogenesis. Segments of sensitized colon mounted in Ussing chambers and challenged with T. spiralis-derived antigen resulted in a rise in short-circuit current ($\rm\Delta I\sb{sc}$) that was antigen-specific and inhibited by furosemide, implicating epithelial Cl$\sp-$ secretion as the ionic mechanism. The immune-regulated Cl$\sp-$ secretion by colonic epithelial cells required the presence of mast cells with surface IgE. Inhibition of potential anaphylactic mediators with various pharmacological agents in vitro implicated prostaglandins and leukotrienes as the principal mediators of the antigen-induced $\rm\Delta I\sb{sc}$, with 5-hydroxytryptamine also playing a role. Distal colon from immune mice fed an aspirin-containing diet (800 mg/kg powdered diet) ad libitum for 6 wk had a decreased response to antigen, confirming the major role of prostaglandins in generating the colonic I$\sb{\rm sc}$. To determine the effects of early stages of colon carcinogenesis on this mucosal immune response, mice were immunized with T. spiralis 1 day after or 8 wk prior to the first of 6 weekly injections of the procarcinogen 1,2-dimethylhydrazine (DMH). Responsiveness to antigenic challenge was suppressed in the distal colon 4-6 wk after the final injection of DMH. One injection of DMH was not sufficient to inhibit antigen responsiveness. The colonic epithelium remained sensitive to direct stimulation by exogenous Cl$\sp-$ secretagogues. Decreased antigen-induced $\rm\Delta I\sb{sc}$ in the distal colon was not due to systemic immune suppression by DMH, as the proximal colon and jejunum maintained responsiveness to antigen. Also, rejection of a secondary T. spiralis infection from the small intestine was not altered. Tumors eventually developed 25-30 wk after the final injection of DMH only in the distal portions of the colon. These results suggest that early stages of DMH-induced colon carcinogenesis manipulate the microenvironment such that mucosal immune function, as measured by immune-regulated Cl$\sp-$ secretion, is suppressed in the distal colon, but not in other regions of the gut. Future elucidation of the mechanisms by which this localized inhibition of immune-mediated ion transport occurs may provide possible clues to the microenvironmental changes necessary for tumor progression in the distal colon. ^

THE ROLE OF ADRENAL AND THYROID HORMONES IN GASTRIC DEVELOPMENT (THYROXINE, PARIETAL CELL, CORTICOSTERONE)

The role of adrenal and thyroid hormones on the development of chief and parietal cells was studied in the rat. Administration of corticosterone or thyroxine in the first and second postnatal weeks resulted in the precocious appearance of pepsinogen in the oxyntic gland mucosa and an increase in basal acid output. When pups were adrenalectomized or made hypothyroid, both pepsinogen and basal acid secretion were lowed. Corticosterone injection increased pepsinogen content and acid secretion to levels higher than those of control in hypothyroid and adrenalectomized rats while thyroxine had no such effect in adrenalectomized rats. Morphologically, chief cells responded to corticosterone or thyroxine with increases in both zymogen granules and RER. Chief cells, however, contained less zymogen granules and RER in adrenalectomized and hypothyroid rats. Corticosterone was effective in restoring the normal morphological appearance of chief cells in the hypothyroid rats while thyroxine had no effect in the adrenalectomized rats. In response to corticosterone or thyroxine, parietal cells in normal animals appeared to contain more mitochondria, tubulovesicles and intracellular canaliculi than those of control. Unlike chief cells, parietal cells retained normal ultrastructure in the absence of adrenal and thyroid hormones. These data indicate that (1) corticosterone is necessary for the functional and morphological development of chief cells; (2) the morphological development of parietal cells does not appear to depend upon corticosterone, (3) the effect of thyroxine on the development of chief and parietal cells is due to corticosterone. ^

THE EFFECT OF RELAXIN ON BIOCHEMICAL AND MORPHOLOGICAL PARAMETERS OF RAT MYOMETRIAL CELLS IN CULTURE (CYCLIC-AMP, CELL SHAPE CHANGE)

Relaxin is able to inhibit spontaneous, oxytocin-and prostaglandin-driven uterine contractions. The intracellular mechanism of action of relaxin on uterine relaxation had previously been studied using isometrically suspended uterine strips. Since uterine strips contain stroma as well as myometrium, the changes in biochemical parameters induced by relaxin treatment may not occur in the same cell types responsible for the physical changes. In these studies, cultures of enriched populations of rat myometrial cells were used to investigate the effect of relaxin on biochemical and morphological parameters which are related to relaxation.^ Under optimal culture conditions (initial plating density 1 - 1.5 x 10('6)cells/ml, 3 ml/35 mm dish, 2 days culture), enzymatically isolated rat myometrial cells were able to respond to relaxin with cAMP elevation. Relaxin elevated cAMP levels in the presence but not the absence of 0.1 mM methylisobutylxanthine or 0.4 um forskolin in a time- and concentration-dependent manner. In contrast, isoproterenol was able to elevate cAMP levels in the presence and absence of 0.1 mM methylisobutylxanthine.^ Oxytocin treatment caused a decrease in mean cell length and area of myometrial cells in culture which could be considered analogous to contraction. Under optimal culture conditions, relaxin increased myometrial cell length and area (i.e. analogous to relaxation) of oxytocin-treated cells in a time- and concentration-dependent manner. Other relaxants such as isoproterenol and dibutyryl cAMP also increased cell length and area of oxytocin - treated myometrial cells in culture.^ Under optimal culture conditions, relaxin decreased myosin light chain kinase activity in a time-and concentration-dependent manner by increasing the K(,50) of the enzyme for calmodulin (CaM), i.e. decreasing the affinity of the enzyme for CaM. The decrease in the affinity of myosin light chain kinase for CaM may be due to the phosphorylation of the enzyme by cAMP-dependent protein kinase. Relaxin also decreased the Ca('2+)(.)CaM-independent myosin light chain kinase activity to a lesser extent than that of the Ca('2+)(.)CaM-dependent enzyme activity. This was not attributable to a decrease in the affinity of the enzyme for myosin in myometrial cells in culture, in contrast to the finding of such a change following relaxin treatment of uterine strips. Further studies are required to clarify this point.^ There was a temporal association between the effects of relaxin on elevation of cAMP levels in the presence of 0.4 uM forskolin, increase in cell length and decrease in myosin light chain kinase activity. . . . (Author's abstract exceeds stipulated maximum length. Discontinued here with permission of author.) UMI ^

Fundamentals of biology, animal and plant,

Later edition published under title: General biology; 1952 edition published under title: The science of biology.

Dictionary of philosophy and psychology : including many of the principal conceptions of ethics, logic, aesthetics, philosophy of religion, mental pathology, anthropology, biology, neurology, physiology, economics, political and social philosophy, philology, physical science, and education, and giving a terminology in English, French, German, and Italian /

Mode of access: Internet.

Identification des canaux TRPC impliqués dans la potentialisation à long terme des interneurones de la région CA1 de l'hippocampe chez le rat

Le réseau neuronal de l’hippocampe joue un rôle central dans la mémoire en modifiant de façon durable l’efficacité de ses synapses. Dans les interneurones de la couche oriens/alveus (O/A), l’induction de la potentialisation à long terme (PLT) requiert les courants postsynaptiques excitateurs évoqués par les récepteurs métabotropes du glutamate de sous-type 1a (CPSEmGluR1a) et l’entrée subséquente de Ca2+ via des canaux de la famille des transient receptor potential (TRP). Le but de ce projet était d’identifier les canaux TRP responsables des CPSEmGluR1a et d’explorer les mécanismes moléculaires régulant leur ouverture. Nous avons déterminé par des enregistrements électrophysiologiques que les CPSEmGluR1a étaient spécifiques aux interneurones O/A et qu’ils étaient indépendants de la phospholipase C. Nous avons ensuite examiné l’expression des TRPC et leur interaction avec mGluR1a par les techniques de RT-PCR, d’immunofluorescence et de co-immunoprécipitation. Nos résultats montrent que TRPC1 et mGluR1a s’associent dans l’hippocampe et que ces deux protéines sont présentes dans les dendrites des interneurones O/A. En revanche, TRPC4 ne semble s’associer à mGluR1a qu’en système recombinant et leur colocalisation paraît limitée au corps cellulaire. Finalement, nous avons procédé à des enregistrements d’interneurones dans lesquels l’expression des TRPC a été sélectivement supprimée par la transfection d’ARN interférant et avons ainsi démontré que TRPC1, mais non TRPC4, est une sous-unité obligatoire du canal responsable des CPSEmGluR1a. Ces travaux ont permis de mieux comprendre les mécanismes moléculaires à la base de la transmission synaptique des interneurones O/A et de mettre en évidence un rôle potentiel de TRPC1 dans la PLT.

Plasticité intermodale chez le hamster énucléé à la naissance : Études de la distribution des interneurones CaBPir dans les cortex visuel et auditif primaires.

La période postnatale et l’expérience sensorielle sont critiques pour le développement du système visuel. Les interneurones inhibiteurs exprimant l’acide γ-aminobutyrique (GABA) jouent un rôle important dans le contrôle de l’activité neuronale, le raffinement et le traitement de l’information sensorielle qui parvient au cortex cérébral. Durant le développement, lorsque le cortex cérébral est très susceptible aux influences extrinsèques, le GABA agit dans la formation des périodes critiques de sensibilité ainsi que dans la plasticité dépendante de l’expérience. Ainsi, ce système inhibiteur servirait à ajuster le fonctionnement des aires sensorielles primaires selon les conditions spécifiques d’activité en provenance du milieu, des afférences corticales (thalamiques et autres) et de l’expérience sensorielle. Certaines études montrent que des différences dans la densité et la distribution de ces neurones inhibiteurs corticaux reflètent les caractéristiques fonctionnelles distinctes entre les différentes aires corticales. La Parvalbumine (PV), la Calretinine (CR) et la Calbindine (CB) sont des protéines chélatrices du calcium (calcium binding proteins ou CaBPs) localisées dans différentes sous-populations d’interneurones GABAergiques corticaux. Ces protéines tamponnent le calcium intracellulaire de sorte qu’elles peuvent moduler différemment plusieurs fonctions neuronales, notamment l’aspect temporel des potentiels d’action, la transmission synaptique et la potentialisation à long terme. Plusieurs études récentes montrent que les interneurones immunoréactifs (ir) aux CaBPs sont également très sensibles à l’expérience et à l’activité sensorielle durant le développement et chez l’adulte. Ainsi, ces neurones pourraient avoir un rôle crucial à jouer dans le phénomène de compensation ou de plasticité intermodale entre les cortex sensoriels primaires. Chez le hamster (Mesocricetus auratus), l’énucléation à la naissance fait en sorte que le cortex visuel primaire peut être recruté par les autres modalités sensorielles, telles que le toucher et l’audition. Suite à cette privation oculaire, il y a établissement de projections ectopiques permanentes entre les collicules inférieurs (CI) et le corps genouillé latéral (CGL). Ceci a pour effet d’acheminer l’information auditive vers le cortex visuel primaire (V1) durant le développement postnatal. À l’aide de ce modèle, l’objectif général de ce projet de thèse est d’étudier l’influence et le rôle de l’activité sensorielle sur la distribution et l’organisation des interneurones corticaux immunoréactifs aux CaBPs dans les aires sensorielles visuelle et auditive primaires du hamster adulte. Les changements dans l’expression des CaBPs ont été déterminés d’une manière quantitative en évaluant les profils de distribution laminaire de ces neurones révélés par immunohistochimie. Dans une première expérience, nous avons étudié la distribution laminaire des CaBPs dans les aires visuelle (V1) et auditive (A1) primaires chez le hamster normal adulte. Les neurones immunoréactifs à la PV et la CB, mais non à la CR, sont distribués différemment dans ces deux cortex primaires dédiés à une modalité sensorielle différente. Dans une deuxième étude, une comparaison a été effectuée entre des animaux contrôles et des hamsters énucléés à la naissance. Cette étude montre que le cortex visuel primaire de ces animaux adopte une chimioarchitecture en PV similaire à celle du cortex auditif. Nos recherches montrent donc qu’une suppression de l’activité visuelle à la naissance peut influencer l’expression des CaBPs dans l’aire V1 du hamster adulte. Ceci suggère également que le type d’activité des afférences en provenance d’autres modalités sensorielles peut moduler, en partie, une circuiterie corticale en CaBPs qui lui est propre dans le cortex hôte ou recruté. Ainsi, nos travaux appuient l’hypothèse selon laquelle il serait possible que certaines de ces sous-populations d’interneurones GABAergiques jouent un rôle crucial dans le phénomène de la plasticité intermodale.

Regulation of cholesterol intake by the corpus luteum

Studies were funded by Colegio de Postgraduados, México. CONACyT, México. SRE, México. Ministère de l’Éducation du Québec, University of Montreal and an Operating Grant to B.D. Murphy from the Canadian Institutes of Health Research.

Effets directs et aigus de médicaments insulinosensibilisateurs sur la cellule bêta des îlots pancréatiques : de l’outil de recherche à l’identification de la décélération métabolique comme mode d’action

Le diabète de type 2 (DT2) apparaît lorsque la sécrétion d’insuline par les cellules β des îlots du pancréas ne parvient plus à compenser la résistance à l’insuline des organes cibles. Parmi les médicaments disponibles pour traiter le DT2, deux classes agissent en améliorant la sensibilité à l’insuline : les biguanides (metformine) et les thiazolidinediones (pioglitazone et rosiglitazone). Des études suggèrent que ces médicaments protègent également la fonction des cellules β. Dans le but d’identifier des mécanismes par lesquels les médicaments insulinosensibilisateurs protègent les cellules β, nous avons étudié les effets aigus de la metformine et de la pioglitazone sur le métabolisme et la fonction des cellules INS 832/13, sécrétrices d’insuline et des îlots pancréatiques isolés de rats. Nous avons aussi validé in vivo avec des rats Wistar les principales observations obtenues en présence de pioglitazone grâce à des clamps glucidiques et par calorimétrie indirecte. Le traitement aigu des cellules β avec de la pioglitazone ou de la metformine inhibe la sécrétion d’insuline induite par le glucose en diminuant la sensibilité des cellules au glucose (inhibition en présence de concentrations intermédiaires de glucose seulement). Dans les mêmes conditions, les traitements inhibent aussi plusieurs paramètres du métabolisme mitochondrial des nutriments et, pour la pioglitazone, du métabolisme des lipides. Les composés affectent le métabolisme en suivant un patron d’inhibition similaire à celui observé pour la sécrétion d’insuline, que nous avons nommé « décélération métabolique ». La capacité de la pioglitazone à inhiber la sécrétion d’insuline et à ralentir le métabolisme mitochondrial de façon aigüe se confirme in vivo. En conclusion, nous avons identifié la décélération métabolique de la cellule β comme nouveau mode d’action pour les médicaments insulinosensibilisateurs. La décélération métabolique causée par les agents insulinosensibilisateurs les plus utilisés semble provenir d’une inhibition du métabolisme mitochondrial et pourrait être impliquée dans les bienfaits de ceux-ci dans un contexte de stress métabolique. Le fait que les deux agents insulinosensibilisateurs étudiés agissent à la fois sur la sensibilité à l’insuline et sur la sécrétion d’insuline, les deux composantes majeures du DT2, pourrait expliquer pourquoi ils sont parmi les agents antidiabétiques les plus efficaces. La décélération métabolique est une approche thérapeutique à considérer pour le traitement du DT2 et d’autres maladies métaboliques.

Modifications post-traductionnelles des canaux calciques cardiaques de type L : identification des résidus asparagine qui participent à la glycosylation de la sous-unité auxiliaire CaVα2δ1

Les canaux calciques de type L CaV1.2 sont principalement responsables de l’entrée des ions calcium pendant la phase plateau du potentiel d’action des cardiomyocytes ventriculaires. Cet influx calcique est requis pour initier la contraction du muscle cardiaque. Le canal CaV1.2 est un complexe oligomérique qui est composé de la sous-unité principale CaVα1 et des sous-unités auxiliaires CaVβ et CaVα2δ1. CaVβ joue un rôle déterminant dans l’adressage membranaire de la sous-unité CaVα1. CaVα2δ1 stabilise l’état ouvert du canal mais le mécanisme moléculaire responsable de cette modulation n’a pas été encore identifié. Nous avons récemment montré que cette modulation requiert une expression membranaire significative de CaVα2δ1 (Bourdin et al. 2015). CaVα2δ1 est une glycoprotéine qui possède 16 sites potentiels de glycosylation de type N. Nous avons donc évalué le rôle de la glycosylation de type-N dans l’adressage membranaire et la stabilité de CaVα2δ1. Nous avons d’abord confirmé que la protéine CaVα2δ1 recombinante, telle la protéine endogène, est significativement glycosylée puisque le traitement à la PNGase F se traduit par une diminution de 50 kDa de sa masse moléculaire, ce qui est compatible avec la présence de 16 sites Asn. Il s’est avéré par ailleurs que la mutation simultanée de 6/16 sites (6xNQ) est suffisante pour 1) réduire significativement la densité de surface de! CaVα2δ1 telle que mesurée par cytométrie en flux et par imagerie confocale 2) accélérer les cinétiques de dégradation telle qu’estimée après arrêt de la synthèse protéique et 3) diminuer la modulation fonctionnelle des courants générés par CaV1.2 telle qu’évaluée par la méthode du « patch-clamp ». Les effets les plus importants ont toutefois été obtenus avec les mutants N663Q, et les doubles mutants N348Q/N468Q, N348Q/N812Q, N468Q/N812Q. Ensemble, ces résultats montrent que Asn663 et à un moindre degré Asn348, Asn468 et Asn812 contribuent à la biogenèse et la stabilité de CaVα2δ1 et confirment que la glycosylation de type N de CaVα2δ1 est nécessaire à la fonction du canal calcique cardiaque de type L.

Studies on regulation of skeletal muscle differentiation by growth factors

Skeletal muscle differentiation involves sequential events in which proliferating undifferentiated myoblasts withdraw from the cell cycle and fuse to form multinucleated myotubes. The process of fusion is accompanied by the disappearance of proteins associated with cell proliferation and the coordinate induction of a battery of muscle-specific gene products, which includes the muscle isoenzyme of creatine kinase, nicotinic acetylcholine receptor, and contractile proteins such as alpha-actin. The molecular events associated with myogenesis are particularly amenable to experimental analysis because the events which occur in vivo can be recapitulated in vitro using established muscle cell lines. Initiation of myogenic differentiation in vitro can be achieved by removing serum from the culture medium. Myogenesis, therefore, can be considered to be regulated through a repression-type of mechanism by components in serum. The objectives of this project were to identify the components involved in regulation of myogenesis and approach the mechanism(s) whereby these components achieve their regulatory function. Initially, the effects of a series of polypeptide growth factors on myogenesis were examined. Among them TGF$\beta$ and FGF were found to be potent inhibitors of myogenic differentiation which did not affect cell proliferation. The inhibitory effects of these growth factors on differentiation requires their persistent presence in the culture medium. After myoblasts have undergone fusion, they become refractory to the inhibitory effects of TGF$\beta$, FGF, and serum. When fusion is inhibited by the presence of EGTA, a Ca$\sp{2+}$ chelator, muscle-specific genes are expressed reversibly upon removal of inhibitory growth factors. Subsequent exposure of biochemically differentiated cells to serum or TGF$\beta$ leads to down-regulation of muscle-specific genes. Stimulation with serum also leads to reentry of myocytes into the cell cycle, whereas fused myotubes are irreversibly and terminally differentiated. Measurement of levels of TGF$\beta$ receptors reveals that under non-fusing conditions, TGF$\beta$ receptor levels in biochemically differentiated myocytes remained as high as in undifferentiated myoblasts, while during terminal differentiation, TGF$\beta$ receptors decreased at least five-fold. Thus, down-regulation of TGF$\beta$ receptors is coupled to irreversible differentiation, but not reversible differentiation in the absence of fusion. The possible involvement of second messenger systems, such as cAMP and protein kinase C, in the pathway(s) by which TGF$\beta$, FGF, or serum factors transduce their signals from the cell surface to the nucleus was also examined. The results showed that myogenic differentiation is subject to negative regulation through cAMP elevation-dependent and cAMP elevation-independent pathways and that serum mitogens, TGF$\beta$ and FGF inhibit differentiation through a mechanism independent of cAMP-elevation or protein kinase C activation. ^

Insulin effects and receptor function in bovine aorta endothelial cells

The interaction of insulin with bovine aorta endothelial (BAE) cells has been studied to determine the effect of insulin on endothelial cells, and investigate the function of the insulin receptor in this cell type. BAE cell insulin receptor is similiar to insulin receptor in other cell types in the time to attain equilibrium binding, its physical properties in a solubilized assay system and affinity for insulin in the low nanomolar range. However, BAE cell insulin receptor has unusual properties in its interaction with insulin at 4$\sp\circ$C that include: (1) the inability to completely dissociate prebound $\sp{125}$I-insulin by dilution with excess insulin or acid rinse treatment, indicating that binding is not completely reversible (2) the inability to remove prebound insulin with trypsin and other proteases (3) the implication of disulfide complex formation during binding (4) the inability of pretreatment with trypsin to lower cell surface binding capacity and (5) the suppression of insulin binding by bacitracin. Interactions of insulin with the receptor at 37$\sp\circ$C showed that (1) BAE cells degrade insulin, but not as extensively as other cell types, and (2) an unusual biphasic interaction of insulin with the BAE cells is observed which is indicative of some regulatory mechanism which modulates binding affinity. Functional characterization of the BAE cell insulin receptor revealed that insulin-induced downregulation and phosphorylation of the receptor was observed, and the extent of these processes were comparable to that demonstrated in non-endothelial cell types. However, in contrast to other cell types, insulin did not stimulate deoxyglucose uptake in BAE cells. We were unable to confirm the receptor-mediated transport of insulin by the receptor across the endothelial cell monolayer as reported by a previous investigator. We could not demonstrate a role for the receptor to promote acute intracellular accumulation of insulin as postulated by several investigators. Thus, while BAE cell insulin receptor has many properties that are similiar to those in other cell types, it is distinctly different in its nondissociable binding at 4$\sp\circ$C, its interaction with insulin at 37$\sp\circ$C, and its functional role in the BAE cell. ^