Evaluation of mitochondrial function in a model of developmental programming of hypertension associated with transient neonatal oxygen exposure

UNE EXPOSITION NÉONATALE À L’OXYGÈNE MÈNE À DES MODIFICATIONS DE LA FONCTION MITOCHONDRIALE CHEZ LE RAT ADULTE Introduction: L’exposition à l’oxygène (O2) des ratons nouveau-nés a des conséquences à l’âge adulte dont une hypertension artérielle (HTA), une dysfonction vasculaire, une néphropénie et des indices de stress oxydant. En considérant que les reins sont encore en développement actif lors des premiers jours après la naissance chez les rats, jouent un rôle clé dans le développement de l’hypertension et qu’une dysfonction mitochondriale est associé à une augmentation du stress oxydant, nous postulons que les conditions délétères néonatales peuvent avoir un impact significatif au niveau rénal sur la modulation de l’expression de protéines clés du fonctionnement mitochondrial et une production mitochondriale excessive d’espèces réactives de l’ O2. Méthodes: Des ratons Sprague-Dawley sont exposés à 80% d’O2 (H) ou 21% O2 (Ctrl) du 3e au 10e jr de vie. En considérant que plusieurs organes des rats sont encore en développement actif à la naissance, ces rongeurs sont un modèle reconnu pour étudier les complications d’une hyperoxie néonatale, comme celles liées à une naissance prématurée chez l’homme. À 4 et à 16 semaines, les reins sont prélevés et les mitochondries sont extraites suivant une méthode d’extraction standard, avec un tampon contenant du sucrose 0.32 M et différentes centrifugations. L’expression des protéines mitochondriales a été mesurée par Western blot, tandis que la production d’ H202 et les activités des enzymes clés du cycle de Krebs ont été évaluées par spectrophotométrie. Les résultats sont exprimés par la moyenne ± SD. Résultats: Les rats mâles H de 16 semaines (n=6) présentent une activité de citrate synthase (considéré standard interne de l’expression protéique et de l’abondance mitochondriales) augmentée (12.4 ± 8.4 vs 4.1 ± 0.5 μmole/mL/min), une diminution de l’activité d’aconitase (enzyme sensible au redox mitochondrial) (0.11 ± 0.05 vs 0.20 ± 0.04 μmoles/min/mg mitochondrie), ainsi qu’une augmentation dans la production de H202 (7.0 ± 1.3 vs 5.4 ± 0.8 ρmoles/mg protéines mitochondriales) comparativement au groupe Ctrl (n=6 mâles et 4 femelles). Le groupe H (vs Ctrl) présente également une diminution dans l’expression de peroxiredoxin-3 (Prx3) (H 0.61±0.06 vs. Ctrl 0.78±0.02 unité relative, -23%; p<0.05), une protéine impliquée dans l’élimination d’ H202, de l’expression du cytochrome C oxidase (Complexe IV) (H 1.02±0.04 vs. Ctrl 1.20±0.02 unité relative, -15%; p<0.05), une protéine de la chaine de respiration mitochondriale, tandis que l’expression de la protéine de découplage (uncoupling protein)-2 (UCP2), impliquée dans la dispersion du gradient proton, est significativement augmentée (H 1.05±0.02 vs. Ctrl 0.90±0.03 unité relative, +17%; p<0.05). Les femelles H (n=6) (vs Ctrl, n=6) de 16 semaines démontrent une augmentation significative de l’activité de l’aconitase (0.33±0.03 vs 0.17±0.02 μmoles/min/mg mitochondrie), de l’expression de l’ATP synthase sous unité β (H 0.73±0.02 vs. Ctrl 0.59±0.02 unité relative, +25%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 0.89±0.02 vs. Ctrl 0.74±0.03 unité relative, +20%; p<0.05) (superoxide dismutase mitochondriale, important antioxidant), tandis que l’expression de Prx3 est significativement réduite (H 1.1±0.07 vs. Ctrl 0.85±0.01 unité relative, -24%; p<0.05). À 4 semaines, les mâles H (vs Ctrl) présentent une augmentation significative de l’expression de Prx3 (H 0.72±0.03 vs. Ctrl 0.56±0.04 unité relative, +31%; p<0.05) et les femelles présentent une augmentation significative de l’expression d’UCP2 (H 1.22±0.05 vs. Ctrl 1.03±0.04 unité relative, +18%; p<0.05) et de l’expression de MnSOD (H 1.36±0.01 vs. 1.19±0.06 unité relative, +14%; p<0.05). Conclusions: Une exposition néonatale à l’O2 chez le rat adulte mène à des indices de dysfonction mitochondriale dans les reins adultes, associée à une augmentation dans la production d’espèces réactives de l’oxygène, suggérant que ces modifications mitochondriales pourraient jouer un rôle dans l’hypertension artérielle et d’un stress oxydant, et par conséquent, être un facteur possible dans la progression vers des maladies cardiovasculaires. Mots-clés: Mitochondries, Reins, Hypertension, Oxygène, Stress Oxydant, Programmation

Rôle du GPR91 dans la réponse à l'hypoxie-ischémie et l'importance de sa localisation intracellulaire

L'adaptation à l'environnement est essentielle à la survie cellulaire et des organismes en général. La capacité d'adaptation aux variations en oxygène repose sur des mécanismes de détection de l'hypoxie et une capacité à répondre en amorçant un programme d'angiogenèse. Bien que la contribution du facteur induit par l'hypoxie (HIF) est bien définie dans l'induction d'une telle réponse, d'autres mécanismes sont susceptibles d'être impliqués. Dans cette optique, les études démontrant l'influence du métabolisme énergétique sur le développement vasculaire sont de plus en plus nombreuses. L'un de ces composés, le succinate, a récemment été démontré comme étant le ligand du GPR91, un récepteur couplé aux protéines G. Parmi les différents rôles attribués à ce récepteur, notre laboratoire s'intéressa aux rôles du GPR91 dans la revascularisation observée suite à des situations d'hypoxie dont ceux affectant la rétine. Il existe cependant d'autres conditions pour lesquelles une revascularisation serait bénéfique notamment suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral. Nos travaux ont pour objectifs de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement de ce récepteur durant le développement et dans le cadre de pathologies affectant la formation de vaisseaux sanguins. Dans un premier temps, nous avons déterminé le rôle du GPR91 dans la guérison suite à un stress hypoxique-ischémique cérébral chez le nouveau-né. Nous montrons que ce récepteur est exprimé dans le cerveau et en utilisant des souris n'exprimant pas le GPR91, nous démontrons que dans un modèle d'hypoxie-ischémie cérébrale néonatal l'angiogenèse prenant place au cours de la phase de guérison dépend largement du récepteur. L'injection intracérébrale de succinate induit également l'expression de nombreux facteurs proangiogéniques et les résultats suggèrent que le GPR91 contrôle la production de ces facteurs. De plus, l'injection de ce métabolite avant le modèle d'hypoxie-ischémie réduit substantiellement la taille de l'infarctus. In vitro, des essaies de transcription génique démontrent qu'à la fois les neurones et les astrocytes répondent au succinate en induisant l'expression de facteurs bénéfiques à la revascularisation. En considérant le rôle physiologique important du GPR91, une seconde étude a été entreprise afin de comprendre les déterminants moléculaires régissant son activité. Bien que la localisation subcellulaire des RCPG ait traditionnellement été considérée comme étant la membrane plasmique, un nombre de publications indique la présence de ces récepteurs à l'intérieur de la cellule. En effet, tel qu'observé par microscopie confocale, le récepteur colocalise avec plusieurs marqueurs du réticulum endoplasmique, que celui-ci soit exprimé de façon endogène ou transfecté transitoirement. De plus, l’activation des gènes par stimulation avec le succinate est fortement affectée en présence d'inhibiteur du transport d'acides organiques. Nous montrons que le profil de facteurs angiogéniques est influencé selon la localisation ce qui affecte directement l'organisation du réseau tubulaire ex vivo. Finalement, nous avons identifié une région conservée du GPR91 qui agit de signal de rétention. De plus, nous avons découvert l'effet de l'hypoxie sur la localisation. Ces travaux confirment le rôle de régulateur maître de l'angiogenèse du GPR91 lors d'accumulation de succinate en condition hypoxique et démontrent pour la première fois l'existence, et l'importance, d'un récepteur intracellulaire activé par un intermédiaire du métabolisme. Ces données pavent donc la voie à une nouvelle avenue de traitement ciblant GPR91 dans des pathologies hypoxiques ischémiques cérébrales et soulèvent l'importance de tenir compte de la localisation subcellulaire de la cible dans le processus de découverte du médicament.

Phénotypage métabolique du coeur sain et malade basé sur l'analyse d'isotopomères de masse marqués au carbone 13 : implications du citrate

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Phénotypage métabolique du coeur sain et malade basé sur l'analyse d'isotopomères de masse marqués au carbone 13 : implications du citrate.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Diversité phénotypique dans la population d’anchois commun (Engraulis encrasicolus) du golfe de Gascogne

With the constant rising of the human population, it is essential to assess and manage the exploitation of the marine species for human consumption such as the anchovy of Bay of Biscay. Thanks to the PELGAS annual surveys, stocks of each species are estimated (biomass, repartition) and studies are undertaken to improve our knowledge about these species. Allozymic studies realized on the anchovy allowed to find a correlation between 2 alleles of the locus IDH and the habitat (depth). This allozyme has a key role in Krebs’ cycle,being speed limiting.. It enables to tolerate variations of temperature and dissolved oxygen. It would be interesting to do new research on variations in the anchovy’s environment and its migrations.

Metabolism of Plasmodium berghei. I. Krebs cycle

The free parasites of Plasmodium berghei, obtained from infected cells of rats using an antiserum method, were investigated to study the operation of Krebs cycle. P. berghei was found to respire only with succinate; pyruvate, and other substrates of the Krebs cycle were not oxidized. The presence of a succinate dehydrogenase and a functioning cytochrome oxidase system was demonstrated. Cell-free extracts of free parasites showed the presence of enzymes for the utilization of C4 dicarboxylic acids; other enzymes of the Krebs cycle could not be detected. P. berghei differs from other species of Plasmodium in this respect.

S-(2-Succinyl)cysteine:a novel chemical modification of tissue proteins by a Krebs cycle intermediate

S-(2-Succinyl)cysteine (2SC) has been identified as a chemical modification in plasma proteins, in the non-mercaptalbumin fraction of human plasma albumin, in human skin collagen, and in rat skeletal muscle proteins and urine. 2SC increases in human skin collagen with age and is increased in muscle protein of diabetic vs. control rats. The concentration of 2SC in skin collagen and muscle protein correlated strongly with that of the advanced glycation/lipoxidation end-product (AGE/ALE), N(epsilon)-(carboxymethyl)lysine (CML). 2SC is formed by a Michael addition reaction of cysteine sulfhydryl groups with fumarate at physiological pH. Fumarate, but not succinate, inactivates the sulfhydryl enzyme, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase in vitro, in concert with formation of 2SC. 2SC is the first example of spontaneous chemical modification of protein by a metabolic intermediate in the Krebs cycle. These observations identify fumarate as an endogenous electrophile and suggest a role for fumarate in regulation of metabolism.

Contribution of Malic Enzyme, Pyruvate Kinase, Phosphoenolpyruvate Carboxylase, and the Krebs Cycle to Respiration and Biosynthesis and to Intracellular pH Regulation during Hypoxia in Maize Root Tips Observed by Nuclear Magnetic Resonance Imaging and Gas Chromatography-Mass Spectrometry1

In vivo pyruvate synthesis by malic enzyme (ME) and pyruvate kinase and in vivo malate synthesis by phosphoenolpyruvate carboxylase and the Krebs cycle were measured by 13C incorporation from [1-13C]glucose into glucose-6-phosphate, alanine, glutamate, aspartate, and malate. These metabolites were isolated from maize (Zea mays L.) root tips under aerobic and hypoxic conditions. 13C-Nuclear magnetic resonance spectroscopy and gas chromatography-mass spectrometry were used to discern the positional isotopic distribution within each metabolite. This information was applied to a simple precursor-product model that enabled calculation of specific metabolic fluxes. In respiring root tips, ME was found to contribute only approximately 3% of the pyruvate synthesized, whereas pyruvate kinase contributed the balance. The activity of ME increased greater than 6-fold early in hypoxia, and then declined coincident with depletion of cytosolic malate and aspartate. We found that in respiring root tips, anaplerotic phosphoenolpyruvate carboxylase activity was high relative to ME, and therefore did not limit synthesis of pyruvate by ME. The significance of in vivo pyruvate synthesis by ME is discussed with respect to malate and pyruvate utilization by isolated mitochondria and intracellular pH regulation under hypoxia.

From patterns to processes: Phase and density dependencies in the Canadian lynx cycle

Across the boreal forest of North America, lynx populations undergo 10-year cycles. Analysis of 21 time series from 1821 to the present demonstrates that these fluctuations are generated by nonlinear processes with regulatory delays. Trophic interactions between lynx and hares cause delayed density-dependent regulation of lynx population growth. The nonlinearity, in contrast, appears to arise from phase dependencies in hunting success by lynx through the cycle. Using a combined approach of empirical, statistical, and mathematical modeling, we highlight how shifts in trophic interactions between the lynx and the hare generate the nonlinear process primarily by shifting functional response curves during the increase and the decrease phases.

Integrating health and sustainability in life cycle assessment

Until now health impact assessment and environmental impact assessment are two different issues, often not addressed together. Both issues have to be dealt with for sustainable building. The aim of this paper is to link healthy and sustainable housing in life cycle assessment. Two strategies are studied: clean air as a functional unity and health as a quality indicator. The strategies are illustrated with an example on the basis of Eco-Quantum, which is a Dutch whole-building assessment tool. It turns out that both strategies do not conflict with the LCA methodology. The LCA methodology has to be refined for this purpose.