Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Calmodulin/KCa3.1 channel interactions as determinant to the KCa3.1 Ca2+ dependent gating : theoretical and experimental analyses

Differentes études ont montré que la sensibilité au Ca2+ du canal KCa3.1, un canal potassique indépendant du voltage, était conférée par la protéine calmoduline (CaM) liée de façon constitutive au canal. Cette liaison impliquerait la région C-lobe de la CaM et un domaine de $\ikca$ directement relié au segment transmembranaire S6 du canal. La CaM pourrait égalment se lier au canal de façon Ca2+ dépendante via une interaction entre un domaine de KCa3.1 du C-terminal (CaMBD2) et la région N-lobe de la CaM. Une étude fut entreprise afin de déterminer la nature des résidus responsables de la liaison entre le domaine CaMBD2 de KCa3.1 et la région N-lobe de la CaM et leur rôle dans le processus d'ouverture du canal par le Ca2+. Une structure 3D du complexe KCa3.1/CaM a d'abord été générée par modélisation par homologie avec le logiciel MODELLER en utilisant comme référence la structure cristalline du complexe SK2.2/CaM (PDB: 1G4Y). Le modèle ainsi obtenu de KCa3.1 plus CaM prévoit que le segment L361-S372 dans KCa3.1 devrait être responsable de la liaison dépendante du Ca2+ du canal avec la région N-lobe de la CaM via les résidus L361 et Q364 de KCa3.1 et E45, E47 et D50 de la CaM. Pour tester ce modèle, les résidus dans le segment L361-S372 ont été mutés en Cys et l'action du MTSET+ (chargé positivement) et MTSACE (neutre) a été mesurée sur l'activité du canal. Des enregistrements en patch clamp en configuration ``inside-out`` ont montré que la liaison du réactif chargé MTSET+ au le mutant Q364C entraîne une forte augmentation du courant, un effet non observé avec le MTSACE. De plus les mutations E45A et E47A dans la CaM, ont empêché l'augmentation du courant initié par MTSET+ sur le mutant Q364C. Une analyse en canal unitaire a confirmé que la liaison MTSET+ à Q364C cause une augmentation de la probabilité d'ouverture de KCa3.1 par une déstabilisation de l'état fermé du canal. Nous concluons que nos résultats sont compatibles avec la formation de liaisons ioniques entre les complexes chargés positivement Cys-MTSET+ à la position 364 de KCa3.1 et les résidus chargés négativement E45 et E47 dans la CaM. Ces données confirment qu'une stabilisation électrostatique des interactions CaM/KCa3.1 peut conduire à une augmentation de la probabilité d'ouverture du canal en conditions de concentrations saturantes de Ca2+.

The use of economic evaluation in CAM : an introductory framework

Background For CAM to feature prominently in health care decision-making there is a need to expand the evidence-base and to further incorporate economic evaluation into research priorities. In a world of scarce health care resources and an emphasis on efficiency and clinical efficacy, CAM, as indeed do all other treatments, requires rigorous evaluation to be considered in budget decision-making. Methods Economic evaluation provides the tools to measure the costs and health consequences of CAM interventions and thereby inform decision making. This article offers CAM researchers an introductory framework for understanding, undertaking and disseminating economic evaluation. The types of economic evaluation available for the study of CAM are discussed, and decision modelling is introduced as a method for economic evaluation with much potential for use in CAM. Two types of decision models are introduced, decision trees and Markov models, along with a worked example of how each method is used to examine costs and health consequences. This is followed by a discussion of how this information is used by decision makers. Conclusions Undoubtedly, economic evaluation methods form an important part of health care decision making. Without formal training it can seem a daunting task to consider economic evaluation, however, multidisciplinary teams provide an opportunity for health economists, CAM practitioners and other interested researchers, to work together to further develop the economic evaluation of CAM.

CAD/CAm-assisted breast reconstruction

The application of computer-aided design and manufacturing (CAD/CAM) techniques in the clinic is growing slowly but steadily. The ability to build patient-specific models based on medical imaging data offers major potential. In this work we report on the feasibility of employing laser scanning with CAD/CAM techniques to aid in breast reconstruction. A patient was imaged with laser scanning, an economical and facile method for creating an accurate digital representation of the breasts and surrounding tissues. The obtained model was used to fabricate a customized mould that was employed as an intra-operative aid for the surgeon performing autologous tissue reconstruction of the breast removed due to cancer. Furthermore, a solid breast model was derived from the imaged data and digitally processed for the fabrication of customized scaffolds for breast tissue engineering. To this end, a novel generic algorithm for creating porosity within a solid model was developed, using a finite element model as intermediate.

Developmental lessons from the Capricornia Arts Mob (CAM)

The Capricornia Arts Mob (CAM) is a collective of Aboriginal and Torres Strait Islander visual artists, sculptors, photographers, carvers and writers based in the Rockhampton region of Central Queensland. This paper explores the early development of CAM, identifies some of the lessons its members have learned about working together, and considers its role as a regional artists’ collective. The authors identify that traditional Indigenous practices, such as yarning and the sharing of food, have helped to facilitate the emergence of CAM as a vibrant, challenging, eclectic artistic family. They recognise the cultural challenges faced by the collective – including finding a culturally appropriate place to meet and work, and the cross-cultural issues that can emerge within Aboriginal and Torres Strait Islander groups. In just 18 months, CAM has held successful exhibitions and developed public artworks. It is a strong part of regional Queensland’s arts scene, which supports emerging artists and provides a space to celebrate and support Indigenous art.

CAM : a collaborative object memory system

Physical design objects such as sketches, drawings, collages, storyboards and models play an important role in supporting communication and coordination in design studios. CAM (Cooperative Artefact Memory) is a mobile-tagging based messaging system that allows designers to collaboratively store relevant information onto their design objects in the form of messages, annotations and external web links. We studied the use of CAM in a Product Design studio over three weeks, involving three different design teams. In this paper, we briefly describe CAM and show how it serves as 'object memory'.

Additive tissue manufacturing for breast reconstruction: Combining CAD/CAM with adipose tissue engineering

The primary aim of this multidisciplinary project was to develop a new generation of breast implants. Disrupting the currently prevailing paradigm of silicone implants which permanently introduce a foreign body into mastectomy patients, highly porous implants developed as part of this PhD project are biodegradable by the body and augment the growth of natural tissue. Our technology platform leverages computer-assisted-design which allows us to manufacture fully patient-specific implants based on a personalised medicine approach. Multiple animal studies conducted in this project have shown that the polymeric implant slowly degrades within the body harmlessly while the body's own tissue forms concurrently.

The con-stitutional re-cognition (s)cam-pain: The campaign for the hidden recognition of first nations peoples' racial inferiority

The constitutional recognition campaign has received party-wide support and its efforts have been promoted by Prime Minister Tony Abbott as being something that would ‘complete our Constitution.’ The broader rhetoric surrounding this campaign suggests that it will result in a just, albeit delayed, recognition of indigenous peoples in the Australian legal system. However, beneath the surface of this seemingly benevolent gesture, is a reaffirmation of the colonial subordination and erasure of the several hundred original nations’ peoples and ways of being.

Revised Cam-Clay Model

The Cam-clay models, or any other plasticity-based models, do not make distinction between the mode of stress transfer in coarse- and fine-grained soils. An examination of behavior at micro level in fine-grained soils, from the consideration of load transfer through physico-chemical interactions, suggests that the plastic compressions result from the grouping of particles into larger clusters and that elastic compressions result from the decrease in the spacing between particles. During shearing, these clusters gradually get dismembered, releasing the locked-in energy. The effect of such dismembering of clusters can be easily incorporated into the original Cam-clay model, and better predictions can be obtained with the associated flow rule, itself, for both normally and over consolidated states. The method essentially defines the hardening of yield surfaces with internal changes in the spacing between particles, instead of changes in externally observed plastic strains. The approach describes the behavior of over consolidated soils as yielding along successfively hardening Roscoe surfaces with gradually varying plastic properties.

Design of fully rotatable, roller-crank-driven, cam mechanisms for arbitrary motion specifications

The design of a non-traditional cam and roller-follower mechanism is described here. In this mechanism, the roller-crank rather than the cam is used as the continuous input member, while both complete a full rotation in each revolution and remain in contact throughout. It is noted that in order to have the cam fully rotate for every full rotation of the roller-crank, the cam cannot be a closed profile, rather the roller traverses the open cam profile twice in each cycle. Using kinematic analysis, the angular velocity of the cam when the roller traverses the cam profile in one direction, is related to the angular velocity of the cam when the roller retraces its path on the cam in the other direction. Thus, one can specify any arbitrary function relating the motion of the cam to the motion of the roller-crank for only 180 degrees of rotation in the angular velocity space. The motion of the cam in the remaining portion is then automatically determined. In specifying the arbitrary motion, many desirable characteristics such as multiple dwells, low acceleration and jerk, etc., can be obtained. Useful design equations are derived for this purpose. Using the kinematic inversion technique, the cam profile is readily obtained once the motion is specified in the angular velocity space. The only limitation to the arbitrary motion specification is making sure that the transmission angle never gets too low, so that the force will be transmitted efficiently from roller to cam. This is addressed by incorporating a transmission index into the motion specification in the synthesis process. Consequently, in this method we can specify any arbitrary motion within a permissible rone, such that the transmission index is higher than the specified minimum value. Single-dwell, double-dwell and a long hesitation motion are used as examples to demonstrate the ffectiveness of the design method. Force closure using an optimally located spring and quasi-kinetostatic analysis are also discussed. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.