Le périmètre métropolitain du Grand Montréal, son évolution, son encadrement et ses potentialités : le cas de la Couronne Nord

Le nouveau contexte de planification du Grand Montréal engendré par la Loi modifiant la Loi sur l’aménagement et l’urbanisme et d’autres dispositions législatives concernant les communautés métropolitaines (L.Q. 2010, c. 10) soulève un grand nombre de questions en matière d’aménagement, notamment par rapport à la gestion de l’urbanisation et plus spécifiquement en ce qui a trait à la notion de périmètre d’urbanisation. Ce nouveau contexte de planification est donc l’élément déclencheur de la présente recherche qui vise à examiner la conception du périmètre métropolitain définie dans le Plan métropolitain d’aménagement et de développement (PMAD) adopté par la Communauté métropolitaine de Montréal (CMM) et qui est entré en vigueur le 12 mars 2012, suite à l’avis favorable du gouvernement du Québec. Cette recherche vise également à examiner l’encadrement du périmètre métropolitain en fonction du contenu des schémas d’aménagement et de développement (SAD) en vigueur des cinq municipalités régionales de compté (MRC) de la Couronne Nord. Plus précisément, il s’agit d’examiner ces documents en ce qui a trait à quatre outils de planification complémentaires, soit les seuils minimaux de densité, les programmes de phasage, les plans de développement de la zone agricole et les demandes à portée collective, ceci afin d’évaluer leur présence et leur contribution à l’atteinte des objectifs poursuivis par le concept de périmètre d’urbanisation. La présente recherche a permis de conclure qu’en matière de conception, le périmètre métropolitain est un outil nettement plus stratégique, comparativement au rôle attribué à cette notion au préalable dans les schémas régionaux, et ce, même considérant le peu de complémentarité entre les périmètres régionaux et ce dernier. En matière d’encadrement, il est possible de conclure que le contexte de planification révèle une situation régionale hautement variable qui illustre le besoin d’une approche de planification commune afin d’atteindre les objectifs du périmètre métropolitain.

Stratégie d'élaboration d'un plan de conservation des milieux humides de la MRC des Pays-d'en-Haut

La municipalité régionale de comté des Pays-d'en-Haut, située dans les Laurentides possède, sur son territoire, de nombreux milieux humides. Ils subissent une forte pression anthropique due au développement domiciliaire et à la croissance démographique dans la région, ayant pour conséquence la perte continue de superficie de milieux humides. Les biens et services écologiques qu’ils procurent à la société, qu’ils soient d’ordre économique, écologique, culturel ou social, sont autant d’arguments ayant poussé la municipalité régionale de comté des Pays-d'en-Haut à mieux connaitre et protéger ces milieux sensibles. Dans l’optique de réaliser une meilleure gestion du territoire, en dotant toutes ses municipalités d’un outil d’information et d’aide à la décision fiable et à jour, répondant de manière adéquate aux besoins des gestionnaires du territoire impliqués dans l’aménagement, la protection et la mise en valeur des espaces naturels, la municipalité régionale de comté des Pays-d'en-Haut veut réaliser un plan de conservation des milieux humides sur l’ensemble de son territoire. Un tel plan permet non seulement de favoriser l’intégration des milieux humides d’intérêt à la planification territoriale, mais peut également faciliter la préparation des demandes d’autorisations exigées par le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques, en vertu de la Loi sur la qualité de l’environnement et de la Loi concernant des mesures de compensation pour la réalisation de projets affectant un milieu humide ou hydrique. Afin de rédiger ce plan de conservation, plusieurs étapes sont nécessaires. Premièrement, des campagnes d’inventaire et de caractérisation ont eu lieu lors des dernières années. Deuxièmement, une cartographie détaillée des milieux humides a été réalisée. L’étape suivante consistait à développer une manière d’évaluer la valeur des écosystèmes humides dans le but de les prioriser. La démarche méthodologique d’évaluation des milieux humides représente le cœur d’un plan de conservation. Il fallait qu’elle se base sur des critères fiables et quantifiables. Un des objectifs principaux de cet essai était de proposer une méthodologie en se basant sur des sources scientifiques reconnues et crédibles. Aussi, la méthodologie proposée repose sur l’évaluation des valeurs écologique, économique et socioculturelle par la prise en compte des biens et services écosystémiques. L’autre objectif de l’essai était de mieux comprendre et apprivoiser les aspects législatifs relatifs à la protection des milieux humides. Une revue des lois et règlements fédéraux, provinciaux et municipaux a été faite. Un examen de la doctrine juridique est venu compléter l’analyse. Finalement, des constats sur la démarche et sur les aspects juridiques ont été faits, et des recommandations ont été formulées afin que la municipalité régionale de comté des Pays-d'en-Haut et les municipalités poursuivent leur démarche visant la protection et la conservation des milieux humides.

Performance des MRC et des municipalités locales de la CMM à protéger leurs milieux naturels en concordance avec le Plan métropolitain d'aménagement et de développement

Au début des années 1990, une prise de conscience de la valeur des milieux naturels et de leur biodiversité s’observa à différentes échelles. La Convention sur la diversité biologique, publiée en 1992 lors de la Conférence des Nations Unies sur l’environnement et le développement, fut un élément déclencheur en matière de protection des milieux naturels. En 2010, la Convention adopta un plan stratégique établissant entre autres l’objectif de protéger 17 % des milieux terrestres pour 2020. C’est de cet objectif, repris par le gouvernement du Québec, que la Communauté métropolitaine de Montréal s’inspira afin d’élaborer son propre objectif de protéger le même pourcentage de son territoire. L’atteinte de celui-ci est tributaire d’un processus de concordance établi par la Loi sur l’aménagement et l’urbanisme entre le Plan métropolitain d’aménagement et de développement, les schémas d’aménagement et de développement des municipalités régionales de comté et les outils d’urbanismes des municipalités locales. L’objectif principal de cet essai est d’analyser, à l’échelle de la Communauté métropolitaine de Montréal, la performance des municipalités régionales de comté et des municipalités locales à traduire, dans leur outil d’aménagement et d’urbanisme, les orientations, les objectifs et les critères définis au Plan métropolitain d’aménagement et de développement en matière de protection des milieux naturels. Cette performance est mesurée à l’aide d’un indicateur élaboré pour cet essai. Pour y parvenir, un portrait des milieux naturels de la Communauté métropolitaine de Montréal est dressé. L’essai s’appuie sur celui-ci afin de sélectionner deux municipalités régionales de comté et cinq municipalités locales sur lesquelles utiliser l’indicateur de performance. L’analyse des résultats révèle que les municipalités régionales de comté performent mieux que les municipalités locales. De plus, c’est par rapport à la réalisation d’un plan de conservation des milieux humides que ces dernières performent le moins bien. En s’appuyant sur ces analyses, l’essai recommande notamment que l’élaboration du plan de conservation des milieux humides soit réalisée à l’échelle des municipalités régionales de comté plutôt qu’à celle des municipalités locales. Ce travail pourrait servir au gouvernement québécois afin d’améliorer la protection des milieux naturels, non seulement à l’échelle du Grand Montréal, mais également à celle de la province.

Vers des aménagements multifonctionnels en zone d'intensification agricole : portée et limites des politiques et pratiques québécoises

Certains territoires caractérisés par une concentration et une intensification de l’agriculture se trouvent aujourd’hui devant des défis environnementaux et sociaux, notamment en ce qui a trait à la qualité des cadres de vie. À cet effet, une panoplie de mesures agroenvironnementales et de cohabitation (lois, programmes, etc.) sont aujourd’hui à la disposition des professionnels de l’aménagement au Québec. Cette recherche s’interroge sur le potentiel de ces outils à réintroduire le caractère multifonctionnel des territoires, c'est-àdire à assurer la prise en compte simultanée de plusieurs fonctions. Pour ce faire, la mise en oeuvre hypothétique de scénarios d’aménagement multifonctionnel issus d’une recherche antérieure est utilisée comme test. La première étape identifie et analyse les outils favorisant la multifonctionnalité des territoires agricoles et formule des hypothèses quant aux blocages qui pourraient limiter la mise en oeuvre des scénarios multifonctionnels. La deuxième étape teste ces hypothèses en faisant intervenir des groupes de discussion rassemblant divers professionnels de l’aménagement à l’échelle supra locale (municipalité régionale de comté). Les résultats témoignent du potentiel des projets d’aménagement conçus à l’échelle du territoire, notamment ceux visant des regroupements de producteurs. Toutefois, l’étude montre que les blocages ne tiennent pas seulement aux caractéristiques des outils en place, mais aussi à la réticence des professionnels à prendre en compte la notion de cadre de vie en zone d’intensification agricole. Quant à l’utilité pour le monde de la pratique de scénarios d’aménagement multifonctionnel issus d’une recherche universitaire, elle s’en trouverait grandement accrue dans un contexte où les professionnels de l’aménagement participeraient à leur construction.

Évaluation de la performance des drains et des matériaux filtrants à ralentir le colmatage et l’ensablement en sol sableux et ferreux

Au Québec, les drains installés dans les sols sableux-limoneux sont sensibles au colmatage par ensablement et/ou par ocre de fer. Dans le passé, les drains avec des pertuis inférieurs à 2 mm étaient utilisés au Québec avec un filtre tissé de 110 microns ou un filtre tricoté de 450 microns. Récemment, des drains avec des pertuis supérieurs à 2 mm ainsi qu’un filtre de 250 microns ont été introduits sur le marché mais n’ont jamais été testés. Le projet avait pour objectif de déterminer les vitesses auxquelles se feront l’ensablement et le colmatage ferrique pour différentes combinaisons de drains (pertuis de 1,8 mm et de 3 mm) et de filtres (110 μm, 250 μm et 450 μm) dans un sol sableux à Bécancour. Un dispositif expérimental en blocs complets (3) aléatoires a été utilisé. Les débits ont été mesurés à la sortie des drains de chaque parcelle et les hauteurs des nappes ont été mesurées avec un bulleur dans des puits d’observation. Le suivi du pH, du potentiel d’oxydoréduction et du contenu en Fe2+ a été réalisé dans l’eau de la nappe et celle des drains. Les drains excavés 13 mois après leur installation ne montrent que des traces de sédiments et de colmatage ferrique. Les niveaux de Fe2+ sont significativement plus faibles dans l’eau à la sortie des drains que dans l’eau de la nappe. Le processus de colmatage ferrique ne semble que commencer et son impact n’est pas mesurable au niveau des débits unitaires à la sortie des drains.

Impact sur les décideurs de municipalités rurales d'un programme de sensibilisation et d'information sur les besoins des personnes âgées

Le vingtième siècle a vu apparaître un fait nouveau jamais connu des générations précédentes: le vieillissement accéléré de sa population. Le phénomène aura des répercussions importantes dans toute la société. Il exigera notamment de la part de tous les paliers gouvernementaux, des transformations importantes au niveau des programmes sociaux, pour répondre aux besoins et aux attentes de la population vieillissante. La présente étude a été réalisée auprès de trois municipalités de la Municipalité régionale de comté de Drummond, située dans la région administrative Mauricie-Bois-Francs. Elle avait pour but, en premier lieu, d'élaborer un programme de sensibilisation et d'information sur les besoins des personnes âgées au regard de l'habitat, des loisirs, de la sécurité et des transports à l'intention des élus municipaux. Elle visait également l'évaluation du programme sur les connaissances et les attitudes des participants quant aux besoins de la population âgée. Des élus municipaux, des représentants des organismes sociaux et exécutifs de l'âge d'or, au nombre de 54 ont assisté aux deux ateliers d'une durée de deux heures chacun, tenus dans chacune des trois municipalités rurales. Les résultats nous montrent d'une part, l'intérêt des décideurs municipaux à entrer en communication avec les personnes âgées de leur municipalité et à répondre à leurs besoins; et d'autre part, une amélioration significative des connaissances. Par ailleurs, les attitudes vis-à-vis des personnes âgées, mesurées à l'aide du Différentiel sémantique ont, elles aussi, changé de manière positive, mais sans toutefois atteindre le seuil de signification statistique. La rencontre des maires et des exécutifs de l'âge d'or tenue dix-huit (18) mois après l'expérimentation, a confirmé l'importance de poursuivre une telle démarche auprès de tous les partenaires concernés par la qualité de vie des personnes âgées en milieu rural.

Élaboration d'un plan de gestion des matières résiduelles - Communauté de Long Point First Nation, Winneway

L’objectif de cet essai repose sur l’élaboration d’un plan de gestion des matières résiduelles pour la communauté algonquine de Long Point First Nation, située dans la Municipalité régionale de comté de Témiscamingue. La Politique québécoise de gestion des matières résiduelles n’établit pas clairement à qui revient la responsabilité d’une saine gestion dans le cas des communautés autochtones. Le flou législatif derrière cet enjeu ne fait qu’accentuer l’isolement de ces communautés dans leur aspiration à développer des actions précises et à les concrétiser. Pourtant, le milieu autochtone se doit de poursuivre la voie de l’amélioration continue de son administration à ce sujet puisque celui-ci participe également au bilan provincial. Cet essai s’inscrit dans le but précis d’accompagner Long Point First Nation dans son cheminement vers une gestion éclairée de ses matières résiduelles. La communauté de Long Point First Nation a introduit la collecte sélective depuis quelques années déjà et en assure elle-même sa gestion. Néanmoins, elle est aux prises avec des situations problématiques limitant la gestion adéquate de ses matières résiduelles. L’éloignement géographique, les partenariats laborieux, les coûts élevés reliés à la gestion et l’instabilité au niveau de la collecte hebdomadaire freinent sa facilité administrative et son déploiement. L’usage des dépôts sauvages pour éliminer les matières non collectées amplifie les problèmes environnementaux et de santé publique. La désuétude de certaines installations et l’absence de campagnes usuelles d’information, de sensibilisation et d’éducation n’assurent pas une gestion optimale ni sa pérennité. Un plan d’action a été réalisé dans le but ultime de contrer ces enjeux. Ce plan priorise deux objectifs fondamentaux, celui d’instaurer un système de récupération des matières organiques au niveau résidentiel et celui de développer des infrastructures pouvant accueillir les matières résiduelles non collectées par la collecte sélective actuellement en place. En plus de ces priorités, cinq autres objectifs sont mis de l’avant, soit le regroupement d’informations concernant la gestion des matières résiduelles et son suivi, la qualité de gestion de la collecte municipale, l’assurance de la qualité environnementale de son territoire, l’affinement du tri des matières recyclables et l’amélioration de la transmission d’informations auprès des résidents. Le tout représente un essai se voulant pragmatique colligeant objectifs et mesures afin d’élaborer un plan d’action réaliste à caractère environnemental.

Gérer les installations septiques individuelles québécoises : lignes directrices pour un programme de gestion municipal

Au Québec, environ un million de résidences sont isolées des réseaux d’égouts municipaux et doivent traiter leurs eaux usées à l’aide de systèmes d’assainissement autonomes. Également nommés installations septiques, ces systèmes sont susceptibles de contaminer l’environnement lorsqu’ils sont défaillants, désuets ou non conformes. Les épisodes de cyanobactéries survenus de 2006 à 2012 dans les plans d’eau québécois ont été attribués à d’importants apports de phosphore, que libèrent notamment les installations septiques polluantes. Les municipalités, les municipalités régionales de comté et les régies intermunicipales ont des compétences et des obligations en vertu du Règlement sur l’évacuation et le traitement des eaux usées des résidences isolées et de l’article 25.1 de la Loi sur les compétences municipales portant sur une gestion adéquate des installations septiques. Une gestion optimale de celles-ci permettant de protéger l’environnement et de prévenir la contamination est possible par la mise en place d’un programme de gestion qui concerne plus spécifiquement la vidange des fosses septiques et l’inspection des systèmes. L’objectif de cet essai est de faire une analyse des éléments constituants d’un programme de gestion des installations septiques et de discuter de leur mise en oeuvre pour assurer leur fonctionnement optimal. L’essai a été rédigé de manière à présenter l’information sous forme de lignes directrices pour guider les gestionnaires de programme ainsi que les preneurs de décisions. Un programme de gestion optimal se traduit par la prise en charge de la vidange des fosses septiques d’un territoire par une des trois entités municipales qui peuvent exercer un meilleur contrôle des systèmes d’épuration autonomes par la vidange des fosses septiques et de leur inspection régulière. Les inspections prennent la forme de relevés sanitaires qui permettent de classifier les installations en fonction de leur performance et d’inspections sommaires qui visent à faire un diagnostic simple et rapide d’une installation. Plusieurs autres éléments doivent être pris en compte dans le cadre d’un programme de gestion. Soit l’application d’un règlement municipal, la fréquence et le type de vidange, le recours à des experts, la sensibilisation des propriétaires des systèmes d’épuration autonomes, une démarche d’acceptabilité sociale et l’emploi de logiciels de suivi. L’efficacité d’un programme de gestion dépendra de la rigueur avec laquelle les instances municipales appliqueront les éléments de gestion. Il est recommandé au ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques d’apporter des modifications au règlement provincial dans le but de le rendre plus contraignant pour les systèmes vecteurs de contamination indirecte et ceux antérieurs à 1981. Le ministère des Affaires municipales et de l’Occupation du territoire devrait offrir son soutien aux municipalités dans le cadre de leur programme de gestion en offrant de l’aide financière, de la documentation et des formations.

HapMap tag-SNP analysis confirms a role for COMT in schizophrenia risk and reveals a novel association

Catechol-O-methyl transferase (COMT) encodes an enzyme involved in the metabolism of dopamine and maps to a commonly deleted region that increases schizophrenia risk. A non-synonymous polymorphism (rs4680) in COMT has been previously found to be associated with schizophrenia and results in altered activity levels of COMT. Using a haplotype block-based gene-tagging approach we conducted an association study of seven COMT single nucleotide polymorphisms (SNPs) in 160 patients with a DSM-IV diagnosis of schizophrenia and 250 controls in an Australian population. Two polymorphisms including rs4680 and rs165774 were found to be significantly associated with schizophrenia. The rs4680 results in a Val/Met substitution but the strongest association was shown by the novel SNP, rs165774, which may still be functional even though it is located in intron five. Individuals with schizophrenia were more than twice as likely to carry the GG genotype compared to the AA genotype for both the rs165774 and rs4680 SNPs. This association was slightly improved when males were analysed separately possibly indicating a degree of sexual dimorphism. Our results confirm that COMT is a good candidate for schizophrenia risk, by replicating the association with rs4680 and identifying a novel SNP association.

A novel SNP in COMT is associated with alcohol dependence but not opiate or nicotine dependence: a case control study

Background It is well established that COMT is a strong candidate gene for substance use disorder and schizophrenia. Recently we identified two SNPs in COMT (rs4680 and rs165774) that are associated with schizophrenia in an Australian cohort. Individuals with schizophrenia were more than twice as likely to carry the GG genotype compared to the AA genotype for both the rs165774 and rs4680 SNPs. Association of both rs4680 and rs165774 with substance dependence, a common comorbidity of schizophrenia has not been investigated. Methods To determine whether COMT is important in substance dependence, rs165774 and rs4680 were genotyped and haplotyped in patients with nicotine, alcohol and opiate dependence. Results The rs165774 SNP was associated with alcohol dependence. However, it was not associated with nicotine or opiate dependence. Individuals with alcohol dependence were more than twice as likely to carry the GG or AG genotypes compared to the AA genotype, indicating a dominant mode of inheritance. The rs4680 SNP showed a weak association with alcohol dependence at the allele level that did not reach significance at the genotype level but it was not associated with nicotine or opiate dependence. Analysis of rs165774/rs4680 haplotypes also revealed association with alcohol dependence with the G/G haplotype being almost 1.5 times more common in alcohol-dependent cases. Conclusions Our study provides further support for the importance of the COMT in alcohol dependence in addition to schizophrenia. It is possible that the rs165774 SNP, in combination with rs4680, results in a common molecular variant of COMT that contributes to schizophrenia and alcohol dependence susceptibility. This is potentially important for future studies of comorbidity. As our participant numbers are limited our observations should be viewed with caution until they are independently replicated.

Genetic investigation of methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) and catechol-O-methyl transferase (COMT) in multiple sclerosis

Multiple sclerosis (MS) is a chronic neurological disease characterized by central nervous system (CNS) inflammation and demyelination. The C677T substitution variant in the methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) gene has been associated with increased levels of circulating homocysteine and is a mild risk factor for vascular disease. Higher blood levels of homocysteine have also been reported in MS. Thus, the C677T mutation of the MTHFR gene may influence MS susceptibility. Noradrenaline, a neurotransmitter believed to play an immunosupressive role in neuroinflammatory disorders, is catabolized by catechol-O-methyl transferase (COMT). The COMT G158A substitution results in a three- to four-fold decreased activity of the COMT enzyme, which may influence CNS synaptic catecholamine breakdown and could also play a role in MS inflammation. We tested DNA from Australian MS patients and unaffected control subjects, matched for gender, age and ethnicity. Specifically, we genotyped the MTHFR C677T and the COMT G158A mutations. Genotype distributions showed that the homozygous mutant MTHFR genotype (T/T) and the COMT (H/H) genotype were slightly over-represented in the MS group (16% versus 11% and 24% versus 19%, respectively), but both variations failed to reach statistical significance (P=0.15 and P=0.32, respectively). Hence, results from the present study do not support a major role for either functional gene mutation in MS susceptibility.

Roles of forced nicotine exposure and Comt gene disruption in the development of addiction-related behavioural and neurochemical changes in mice

Activation of midbrain dopamine systems is thought to be critically involved in the addictive properties of abused substances. Drugs of abuse increase dopamine release in the nucleus accumbens and dorsal striatum, which are the target areas of mesolimbic and nigrostriatal dopamine pathways, respectively. Dopamine release in the nucleus accumbens is thought to mediate the attribution of incentive salience to rewards, and dorsal striatal dopamine release is involved in habit formation. In addition, changes in the function of prefrontal cortex (PFC), the target area of mesocortical dopamine pathway, may skew information processing and memory formation such that the addict pays an abnormal amount of attention to drug-related cues. In this study, we wanted to explore how long-term forced oral nicotine exposure or the lack of catechol-O-methyltransferase (COMT), one of the dopamine metabolizing enzymes, would affect the functioning of these pathways. We also wanted to find out how the forced nicotine exposure or the lack of COMT would affect the consumption of nicotine, alcohol, or cocaine. First, we studied the effect of forced chronic nicotine exposure on the sensitivity of dopamine D2-like autoreceptors in microdialysis and locomotor activity experiments. We found that the sensitivity of these receptors was unchanged after forced oral nicotine exposure, although an increase in the sensitivity was observed in mice treated with intermittent nicotine injections twice daily for 10 days. Thus, the effect of nicotine treatment on dopamine autoreceptor sensitivity depends on the route, frequency, and time course of drug administration. Second, we investigated whether the forced oral nicotine exposure would affect the reinforcing properties of nicotine injections. The chronic nicotine exposure did not significantly affect the development of conditioned place preference to nicotine. In the intravenous self-administration paradigm, however, the nicotine-exposed animals self-administered nicotine at a lower unit dose than the control animals, indicating that their sensitivity to the reinforcing effects of nicotine was enhanced. Next, we wanted to study whether the Comt gene knock-out animals would be a suitable model to study alcohol and cocaine consumption or addiction. Although previous work had shown male Comt knock-out mice to be less sensitive to the locomotor-activating effects of cocaine, the present study found that the lack of COMT did not affect the consumption of cocaine solutions or the development of cocaine-induced place preference. However, the present work did find that male Comt knock-out mice, but not female knock-out mice, consumed ethanol more avidly than their wild-type littermates. This finding suggests that COMT may be one of the factors, albeit not a primary one, contributing to the risk of alcoholism. Last, we explored the effect of COMT deficiency on dorsal striatal, accumbal, and prefrontal cortical dopamine metabolism under no-net-flux conditions and under levodopa load in freely-moving mice. The lack of COMT did not affect the extracellular dopamine concentrations under baseline conditions in any of the brain areas studied. In the prefrontal cortex, the dopamine levels remained high for a prolonged time after levodopa treatment in male, but not female, Comt knock-out mice. COMT deficiency induced accumulation of 3,4-dihydroxyphenylacetic acid, which increased further under levodopa load. Homovanillic acid was not detectable in Comt knock-out animals either under baseline conditions or after levodopa treatment. Taken together, the present results show that although forced chronic oral nicotine exposure affects the reinforcing properties of self-administered nicotine, it is not an addiction model itself. COMT seems to play a minor role in dopamine metabolism and in the development of addiction under baseline conditions, indicating that dopamine function in the brain is well-protected from perturbation. However, the role of COMT becomes more important when the dopaminergic system is challenged, such as by pharmacological manipulation.

The role of catechol-O-methyltransferase (COMT) and the effects of COMT inhibition in brain and in cardiovascular and renal pathophysiology

Catechol-O-methyltransferase (COMT) metabolizes catecholamines such as dopamine (DA), noradrenaline (NA) and adrenaline, which are vital neurotransmitters and hormones that play important roles in the regulation of physiological processes. COMT enzyme has a functional Val158Met polymorphism in humans, which affects the subjects COMT activity. Increasing evidence suggests that this functional polymorphism may play a role in the etiology of various diseases from schizophrenia to cancers. The aim of this project was to provide novel biochemical information on the physiological and especially pathophysiological roles of COMT enzyme as well as the effects of COMT inhibition in the brain and in the cardiovascular and renal system. To assess the roles of COMT and COMT inhibition in pathophysiology, we used four different study designs. The possible beneficial effects of COMT inhibition were studied in double-transgenic rats (dTGRs) harbouring human angiotensinogen and renin genes. Due to angiotensin II (Ang II) overexpression, these animals exhibit severe hypetension, cardiovascular and renal end-organ damage and mortality of approximately 25-40% at the age of 7-weeks. The dTGRs and their Sprague-Dawley controls tissue samples were assessed with light microscopy, immunohistochemistry, reverse transcriptase-polymerase chain reaction (RT-PCR) and high-pressure liquid chromatography (HPLC) to evaluate the tissue damages and the possible protective effects pharmacological intervention with COMT inhibitors. In a second study, the consequence of genetic and pharmacological COMT blockade in blood pressure regulation during normal and high-sodium was elucidated using COMT-deficient mice. The blood pressure and the heart rate were measured using direct radiotelemetric blood pressure surveillance. In a third study, the effects of acute and subchronic COMT inhibition during combined levodopa (L-DOPA) + dopa decarboxylase inhibitor treatment in homocysteine formation was evaluated. Finally, we assessed the COMT enzyme expression, activity and cellular localization in the CNS during inflammation-induced neurodegeneration using Western blotting, HPLC and various enzymatic assays. The effects of pharmacological COMT inhibition on neurodegeneration were also studied. The COMT inhibitor entacapone protected against the Ang II-induced perivascular inflammation, renal damage and cardiovascular mortality in dTGRs. COMT inhibitors reduced the albuminuria by 85% and prevented the cardiovascular mortality completely. Entacapone treatment was shown to ameliorate oxidative stress and inflammation. Furthermore, we established that the genetic and pharmacological COMT enzyme blockade protects against the blood pressure-elevating effects of high sodium intake in mice. These effects were mediated via enhanced renal dopaminergic tone and suggest an important role of COMT enzyme, especially in salt-sensitive hypertension. Entacapone also ameliorated the L-DOPA-induced hyperhomocysteinemia in rats. This is important, since decreased homocysteine levels may decrease the risk of cardiovascular diseases in Parkinson´s disease (PD) patients using L-DOPA. The Lipopolysaccharide (LPS)-induced inflammation and subsequent delayed dopaminergic neurodegeneration were accompanied by up-regulation of COMT expression and activity in microglial cells as well as in perivascular cells. Interestingly, similar perivascular up-regulation of COMT expression in inflamed renal tissue was previously noted in dTGRs. These results suggest that inflammation reactions may up-regulate COMT expression. Furthermore, this increased glial and perivascular COMT activity in the central nervous system (CNS) may decrease the bioavailability of L-DOPA and be related to the motor fluctuation noted during L-DOPA therapy in PD patients.

Separate and interacting effects within the catechol-O-methyltransferase (COMT) are associated with schizophrenia

Several lines of evidence have implicated the catechol-O-methyltransferase (COMT) gene as a candidate for schizophrenia (SZ) susceptibility, not only because it encodes a key dopamine catabolic enzyme but also because it maps to the velocardiofacial syndrome region of chromosome 22q11 which has long been associated with SZ predisposition. The interest in COMT as a candidate SZ risk factor has led to numerous case-control and family-based studies, with the majority placing emphasis on examining a functional Val/Met polymorphism within this enzyme. Unfortunately, these studies have continually produced conflicting results. To assess the genetic contribution of other COMT variants to SZ susceptibility, we investigated three single-nucleotide polymorphisms (SNPs) (rs737865, rs4633, rs165599) in addition to the Val/Met variant (rs4680) in a highly selected sample of Australian Caucasian families containing 107 patients with SZ. The Val/Met and rs4633 variants showed nominally significant associations with SZ (P<0.05), although neither of the individual SNPs remained significant after adjusting for multiple testing (most significant P=0.1174). However, haplotype analyses showed strong evidence of an association; the most significant being the three-marker haplotype rs737865-rs4680-rs165599 (global P=0.0022), which spans more than 26 kb. Importantly, conditional analyses indicated the presence of two separate and interacting effects within this haplotype, irrespective of gender. In addition, our results indicate the Val/Met polymorphism is not disease-causing and is simply in strong linkage disequilibrium with a causative effect, which interacts with another as yet unidentified variant approximately 20 kb away. These results may help explain the inconsistent results reported on the Val/Met polymorphism and have important implications for future investigations into the role of COMT in SZ susceptibility.

Importance of COMT in the regulation of prefrontal dopamine

The prefrontal cortex (PFC), located in the anterior region of the frontal lobe, is considered to have several key roles in higher cognitive and executive functions. In general, the PFC can be seen as a coordinator of thought and action allowing subjects to behave in a goal-directed manner. Due to its anatomical connections with a variety of cortical and subcortical structures, several neurotransmitters, including dopamine, are involved in the regulation of PFC activity. In general, the majority of released dopamine is cleared by the dopamine transporter (DAT). In the PFC however, the number of presynaptic DAT is diminished, emphasizing the relative importance of catechol-O-methyltransferase (COMT) in dopamine metabolism. As a result, the role of COMT in the etiology of psychotic disorders is under constant debate. The present study investigated the role of COMT in prefrontal cortical dopamine metabolism by different neurochemical methods in COMT knockout (COMT-KO) mice. Pharmacological tools to inhibit other dopamine clearing mechanisms were also used for a more comprehensive and collective picture. In addition, this study investigated how a lack of the soluble (S-) COMT isoform affects the total COMT activity as well as the pharmacokinetics of orally administered L-dopa using mutant mice expressing only the membrane-bound (MB-) COMT isoform. Also the role of COMT in striatal and accumbal dopamine turnover during Δ9-tetrahydrocannabinol (THC) challenge was studied. We found markedly increased basal dopamine concentrations in the PFC, but not the striatum or nucleus accumbens (NAcc), of mice lacking COMT. Pharmacological inhibition of the noradrenaline transporter (NET) and monoamine oxidase (MAO) elevated prefrontal cortical dopamine levels several-fold, whereas inhibition of DAT did not. The lack of COMT doubled the dopamine raising effects of NET and MAO inhibition. No compensatory expression of either DAT or NET was found in the COMT-KO mice. The lack of S-COMT decreased the total COMT activity by 50-70 % and modified dopamine transmission and the pharmacokinetics of exogenous Ldopa in a sex and tissue specific manner. Finally, we found that subsequent tolcapone and THC increased dopamine levels in the NAcc, but not in the striatum. Conclusively, this study presents neurochemical evidence for the important role of COMT in the PFC and shows that COMT is responsible for about half of prefrontal cortical dopamine metabolism. This study also highlights the previously underestimated proportional role of MB-COMT and supports the clinical evidence of a gene x environment interaction between COMT and cannabis.