Up-regulation of avian uncoupling protein in cold-acclimated and hyperthyroid ducklings prevents reactive oxygen species production by skeletal muscle mitochondria

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Although identified in several bird species, the biological role of the avian homolog of mammalian uncoupling proteins (avUCP) remains extensively debated. In the present study, the functional properties of isolated mitochondria were examined in physiological or pharmacological situations that induce large changes in avUCP expression in duckling skeletal muscle.</p> <p>Results</p> <p>The abundance of avUCP mRNA, as detected by RT-PCR in gastrocnemius muscle but not in the liver, was markedly increased by cold acclimation (CA) or pharmacological hyperthyroidism but was down-regulated by hypothyroidism. Activators of UCPs, such as superoxide with low doses of fatty acids, stimulated a GDP-sensitive proton conductance across the inner membrane of muscle mitochondria from CA or hyperthyroid ducklings. The stimulation was much weaker in controls and not observed in hypothyroid ducklings or in any liver mitochondrial preparations. The production of endogenous mitochondrial reactive oxygen species (ROS) was much lower in muscle mitochondria from CA and hyperthyroid ducklings than in the control or hypothyroid groups. The addition of GDP markedly increased the mitochondrial ROS production of CA or hyperthyroid birds up to, or above, the level of control or hypothyroid ducklings. Differences in ROS production among groups could not be attributed to changes in antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase or glutathione peroxidase).</p> <p>Conclusion</p> <p>This work provides the first functional <it>in vitro </it>evidence that avian UCP regulates mitochondrial ROS production in situations of enhanced metabolic activity.</p

Compréhension morphologique et phylogénétique des taxons actuels et fossiles rapportés aux anguilliformes («poissons», téléostéens)

The Anguilliformes are the most diversified group (21 families) within the Elopomorpha (Teleostei). They are distributed worldwide in oceanic waters ; few species enter freshwater. They share some anatomical characters like a forward extension of the pterotic to contact the pterosphenoid, a complete loss of the pelvic girdle and a backward translation of the gill arches and of the pectoral girdle. Phyletic relationships among Recent Anguilliformes remain largely undefined because of too few osteological works and because of the high proportion of overspecialized or unpolarized characters (especially reductive ones). The neontologists failed consequently to propose a complete systematic description and a coherent phylogenetic framework. In addition, the first occurence of eel-like fishes is from the Cenomanian of Lebanon but it has been only poorly studied. Authors presently disagree on whether these fishes belong or not to the Anguilliformes. The present work proposes to include the paleontological data (with emphasis on Cretaceous ones) in a comparative anatomical study. New specimens, collected from the Lebanese outcrops, allow to propose a complete osteological revision of the genera († Anguillavus, † Urenchelys, «† Eoenchelys», † Enchelion, «† Urenchelys»). The fossil forms are included in a large geometric morphological analysis using landmarks defined on the neurocranium, in order to reveal the highest sensible points (hot-spots) of variability and to quantify the cranial shape variations. The results are compared to the phylogenetical cladistic hypotheses. In comparison with Cenozoic and Recent taxa, the Cretaceous material shows a more uniform structural pattern which could be considered as a plesiomorphic archetype of the monophyletic Anguilliformes. † Enchelion becomes the first known Saccopharyngoidei. The Cenomanian «Bauplan» contains however a complex patchwork of characters which could reflect evolutive processes. Moreover, the fossils allow to geochimically define the paleoenvironment in which this morphological and systematical structuration occurs. The Cretaceous eels appear to be a suitable material to study evolutive modalities of earliest speciations during the explosion of a group which leads to Recent hyperspecialized forms.Les Anguilliformes constituent le groupe le plus diversifié (21 familles) des élopomorphes (téléostéens). Ils occupent tous les océans mondiaux, pouvant parfois même coloniser les eaux douces. Ces poissons partagent des caractéristiques anatomiques telles que l’extension des ptérotiques venant au contact des pleurosphénoïdes, la perte de la ceinture pelvienne et un recul généralisé de la corbeille branchiale et de la ceinture pectorale. La très forte proportion de caractères ultra-spécialisés, notamment réductionnels, et qui restent mal connus, conduit les néontologues vers un constat d’impuissance : il est impossible, à partir des seules formes actuelles, de donner une description systématique complète et des relations phylétiques cohérentes du groupe. Par ailleurs, les «premiers» poissons anguillimorphes fossiles, provenant du Cénomanien du Liban, et peu étudiés, ne faisaient pas un consensus quant à leur appartenance ou non aux Anguilliformes. Ce travail propose d’inclure les données paléontologiques (plus spécialement les premières formes temporelles) dans une étude comparative anatomique globale. De nouveaux spécimens permettent une révision ostéologique complète des genres († Anguillavus, † Urenchelys, «† Eoenchelys», † Enchelion, «† Urenchelys»). Ils sont intégrés dans une analyse morphométrique utilisant la représentation du neurocrâne par points homologues, afin de localiser et quantifier les variations de forme. Ces résultats sont confrontés aux hypothèses phylogénétiques cladistiques. Comparé aux formes éocènes et actuelles, le matériel crétacé exhibe une architecture structurale beaucoup plus uniforme regardée comme l’archétype anatomique plésiomorphe des Anguilliformes, ordre désormais reconnu monophylétique. † Enchelion s’avère le premier Saccopharyngoidei connu. Cependant, ce «Bauplan» présente intrinsèquement une mosaïque complexe de caractères semblant rendre une image des processus évolutifs mis en jeu. Ces fossiles permettraient également de préciser, par géochimie, le paléoenvironnement accompagnant cette structuration morphologique et systématique. Ces anguilles crétacées apparaissent ainsi être un matériel exemplaire pour l’étude des modalités évolutives aux premières heures d’un groupe ultra-spécialisé dans la faune actuelle.Belouze Anne. Compréhension morphologique et phylogénétique des taxons actuels et fossiles rapportés aux anguilliformes («poissons», téléostéens). In: Documents des Laboratoires de Géologie, Lyon, n°158, 2002. Compréhension morphologique et phylogénétique des taxons actuels et fossiles rapportés aux anguilliformes («poissons», téléostéens) pp. 3-401

Régulation originale de la balance énergétique du rat Lou/C : un modèle d’hyperactivité et de résistance à l’obésité

Lou/C rat, an inbred strain of Wistar origin, remains lean throughout life. Our study aimed to characterize the energy balance of Lou/C rats and determine the tissue(s) that could be implicated in the dissipation of excess energy intake. Food intake, expressed per unit body mass, was not different between the two strains of rats but resting metabolic rate, diet-induced thermogenesis and exercise-associated energy expenditure were higher in the Lou/C strain. Moreover, the spontaneous activity of Lou/C rats was amazingly higher than that of Wistar rats. Unexpectedly, the thermogenic brown adipose tissue (BAT) of Lou/C rats was not over-stimulated as demonstrated by functional in vivo, biochemical in vitro or molecular approaches. Nevertheless, Lou/C BAT was not deficient as it could easily be stimulated by prolonged cold exposure. The high spontaneous activity of Lou/C rats was not correlated with an activation of specific thermogenic processes in isolated mitochondria of BAT or skeletal muscle. However, oxidation and phosphorylation were partly uncoupled in liver mitochondria of Lou/C rats. Unexpectedly, Lou/C rats displayed similar capacities for fatty acid synthesis in liver but higher capacities in white adipose tissue than Wistar rats, in association with high capacities for oxidation of these substrates in these tissues. These results suggested a possible mechanism of futile cycling between fatty acid synthesis and oxidation in liver and white adipose tissue. Lou/C rats therefore represent an original model of regulation of energy balance that is not based on the thermogenic activity of BAT. Skeletal muscle, liver and white adipose tissue of Lou/C rats could contribute to a higher lipid metabolism and the dissipation of excess energy intake.Le rat Lou/C, issu de la souche Wistar, reste maigre tout au long de sa vie. Le but de ce travail était de caractériser la balance énergétique du rat Lou/C et d’établir quel(s) étai(en)t le(s) tissu(s) thermogène(s) impliqué(s) dans la dissipation de l’énergie alimentaire ingérée en excès. Si la quantité d’énergie ingérée, rapportée par unité de masse corporelle, n’était pas différente entre les deux souches de rats, la dépense énergétique du Lou/C était supérieure au repos, suite à un repas et lors de l’exercice physique. Le rat Lou/C montrait également une hyperactivité locomotrice spontanée volontaire bien supérieure à celle du Wistar. De façon inattendue, le tissu adipeux brun (BAT) des Lou/C était peu actif, comme l'ont montré des approches fonctionnelles in vivo, biochimiques in vitro ou moléculaires. L'absence d'activation du BAT du rat Lou/C n’était pas liée à une déficience du tissu puisqu’il était aisément activable par une exposition prolongée au froid. La forte activité physique spontanée du Lou/C ne s’accompagnait pas de l’activation de processus thermogènes particuliers des mitochondries isolées de BAT ou de muscle squelettique. En revanche, nous avons mis en évidence un mécanisme potentiel de découplage des oxydations phosphorylantes mitochondriales dans le foie des Lou/C. Contre toute attente, le rat Lou/C disposait de capacités de synthèse des acides gras équivalentes à celles du Wistar dans le foie et supérieures dans le tissu adipeux blanc avec de fortes capacités d’oxydation de ces substrats dans ces tissus, suggérant un possible cycle futile entre la synthèse des acides gras et leur oxydation dans le foie et le tissu adipeux blanc. Le rat Lou/C représente donc un modèle original de régulation de la balance énergétique qui n’est pas basé sur l’activité thermogène du BAT. Le muscle squelettique, le foie et le tissu adipeux blanc du Lou/C pourraient participer à un métabolisme actif des lipides et contribuer à la dissipation accrue de l’énergie ingérée en excès

Original regulation of energy balance in lean Lou/C rats : a model of hyperactivity and resistance to obesity

Le rat Lou/C, issu de la souche Wistar, reste maigre tout au long de sa vie. Le but de ce travail était de caractériser la balance énergétique du rat Lou/C et d’établir quel(s) étai(en)t le(s) tissu(s) thermogène(s) impliqué(s) dans la dissipation de l’énergie alimentaire ingérée en excès. Si la quantité d’énergie ingérée, rapportée par unité de masse corporelle, n’était pas différente entre les deux souches de rats, la dépense énergétique du Lou/C était supérieure au repos, suite à un repas et lors de l’exercice physique. Le rat Lou/C montrait également une hyperactivité locomotrice spontanée volontaire bien supérieure à celle du Wistar. De façon inattendue, le tissu adipeux brun (BAT) des Lou/C était peu actif, comme l'ont montré des approches fonctionnelles in vivo, biochimiques in vitro ou moléculaires. L'absence d'activation du BAT du rat Lou/C n’était pas liée à une déficience du tissu puisqu’il était aisément activable par une exposition prolongée au froid. La forte activité physique spontanée du Lou/C ne s’accompagnait pas de l’activation de processus thermogènes particuliers des mitochondries isolées de BAT ou de muscle squelettique. En revanche, nous avons mis en évidence un mécanisme potentiel de découplage des oxydations phosphorylantes mitochondriales dans le foie des Lou/C. Contre toute attente, le rat Lou/C disposait de capacités de synthèse des acides gras équivalentes à celles du Wistar dans le foie et supérieures dans le tissu adipeux blanc avec de fortes capacités d’oxydation de ces substrats dans ces tissus, suggérant un possible cycle futile entre la synthèse des acides gras et leur oxydation dans le foie et le tissu adipeux blanc. Le rat Lou/C représente donc un modèle original de régulation de la balance énergétique qui n’est pas basé sur l’activité thermogène du BAT. Le muscle squelettique, le foie et le tissu adipeux blanc du Lou/C pourraient participer à un métabolisme actif des lipides et contribuer à la dissipation accrue de l’énergie ingérée en excès.Lou/C rat, an inbred strain of Wistar origin, remains lean throughout life. Our study aimed to characterize the energy balance of Lou/C rats and determine the tissue(s) that could be implicated in the dissipation of excess energy intake. Food intake, expressed per unit body mass, was not different between the two strains of rats but resting metabolic rate, diet-induced thermogenesis and exercise-associated energy expenditure were higher in the Lou/C strain. Moreover, the spontaneous activity of Lou/C rats was amazingly higher than that of Wistar rats. Unexpectedly, the thermogenic brown adipose tissue (BAT) of Lou/C rats was not over-stimulated as demonstrated by functional in vivo, biochemical in vitro or molecular approaches. Nevertheless, Lou/C BAT was not deficient as it could easily be stimulated by prolonged cold exposure. The high spontaneous activity of Lou/C rats was not correlated with an activation of specific thermogenic processes in isolated mitochondria of BAT or skeletal muscle. However, oxidation and phosphorylation were partly uncoupled in liver mitochondria of Lou/C rats. Unexpectedly, Lou/C rats displayed similar capacities for fatty acid synthesis in liver but higher capacities in white adipose tissue than Wistar rats, in association with high capacities for oxidation of these substrates in these tissues. These results suggested a possible mechanism of futile cycling between fatty acid synthesis and oxidation in liver and white adipose tissue. Lou/C rats therefore represent an original model of regulation of energy balance that is not based on the thermogenic activity of BAT. Skeletal muscle, liver and white adipose tissue of Lou/C rats could contribute to a higher lipid metabolism and the dissipation of excess energy intake

Compréhension morphologique et phylogénétique des taxons actuels et fossiles rapportés aux Anguilliformes (poissons, téléostéens)

Les Anguilliformes constituent le groupe le plus diversifié des élopomorphes. Ils colonisent tous les océans mondiaux, parfois même les eaux douces et partagent des caractéristiques anatomiques telles que l'extension des ptérotiques venant au contact des pleurosphénoïdes, la perte de la ceinture pelvienne et le recul des structures branchiales et pectorales. La forte proportion de caractères ultra-spécialisés, notamment réductionnels, conduit vers un constat d'impuissance : à partir des seules formes actuelles, il est impossible de donner une description systématique et phylétique cohérente du groupe. De plus, les "premiers" poissons anguilliformes (Cénomanien, Liban) ne faisaient pas un consensus quant à leur appartenance ou non aux Anguilliformes. Ce travail propose d'inclure les données paléontologiques dans une étude comparative anatomique globale. De nouveaux spécimens crétacés libanais permettent une révision complète des genres (Urenchelys, Eoenchelys, Enchelion, Abisaadia nov. gen.). Ils sont intégrés dans une analyse morphométrique utilisant la représentation du neurocrâne par points homologues, afin de localiser et quantifier les variations de forme. Ces résultats sont confrontés aux hypothèses phylogénétiques cladistiques. Comparées aux formes plus récentes, les formes crétacées exhibent une architecture beaucoup plus uniforme vue comme l'archétype anatomique plésiomorphe des Anguilliformes, désormais reconnu monophylétique. Enchelion serait le premier Saccopharyngoidei connu. Cependant, ce "Bauplan" présente une mosaïque complexe de caractères qui rend une image explosive des processus évolutifs mis en jeu. Ces fossiles permettraient également de préciser par géochimie le paléo-environnement accompagnant cette structuration morphologique et systématique. Ces anguilles crétacée apparaissent ainsi être un matériel exemplaire pour l'étude des modalités évolutives aux premières heures d'un groupe ultra-spécialisé dans la faune actuelle.LYON1-BU.Sciences (692662101) / SudocSudocFranceF

Gestion de l'eau et intégration de données spatialisées

Managers of irrigation systems require heterogeneous, reliable and spatially distributed information. This provides an application for two technologies : remote sensing and geographic information systems (GIS). The approach is based on considerable experience of providing advice and setting up decision making tools for public authorities managing large areas. It is divided into several stages: strategy analysis; determination of success and failure factors; decision process analysis; definition of information products and their use ; knowledge of the data and the constraints to develop these products; analysis of the tools to be developed. First of all, an example of applying this method to a specific case of water resources management is described and then the initial results of the approach applied to irrigation system management are presented. The method is focused on a limited number of information products, i.e. the most appropriate for managers' requirements. The aim of this approach is to encourage and help managers to analyse their requirement in terms of information products, to think in terms of decision, management and organisation processes and to develop an geographic information system that meets their requirements. Finally, a specific example of application in Pakistan is described. / Les gestionnaires de périmètres irrigués souhaitent disposer à la fois d'informations hétérogènes, fiables et spatialisées. Deux technologies peuvent ici être valorisées : la télédétection et les systèmes d'information géographique (SIG). La démarche s'appuie sur la base de nombreuses expériences de conseil et de mise en place de systèmes d'aide à la décision pour les gestionnaires de grands territoires, et suit plusieurs étapes : analyse de la stratégie ; détermination des facteurs de succès et d'échec ; analyse des processus de décision ; définition des produits d'information et de leur utilisation ; connaissance des données et contraintes ; analyse des outils à mettre en ouvre. Après un exemple d'application de cette méthode sur un cas concret de gestion des ressources en eau, sont présentés les premiers résultats de la démarche utilisée pour la gestion des systèmes irrigués. Elle est centrée sur un nombre limité de produits d'information, les plus pertinents en réponse aux attentes des gestionnaires. La finalité de cette approche est d'inciter et d'aider les gestionnaires à analyser leurs besoins en produits d'information, raisonner en termes de processus de décision, de gestion et d'organisation, et développer un système d'information de type géographique, adapté à leurs besoins. Enfin, un exemple concret d'application sur le Pakistan est proposé

Functional argument for the existence of an avian nitric oxide synthase in muscle mitochondria: Effect of cold acclimation

International audienceWe report the first evidence of a mitochondrial NO synthase (mtNOS) in bird skeletal muscle. In vitro, mtNOS activity stimulated by L-arginine reduced intermyofibrillar mitochondrial oxygen uptake and ATP synthesis rates, stimulated endogenous H2O2 generation, but had no effect on oxidative phosphorylation efficiency. Arginine-induced effects were fully reversed by L-NAME, a known NOS inhibitor. When ducklings were cold exposed for 4 weeks, muscle mitochondria displayed an increased state 3 respiration, a reduced H2O2 generation but no significant alteration in mtNOS activity. We conclude that mtNOS is expressed in avian skeletal muscle. (C) 2010 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B. V. All rights reserved

Cold-acclimation-induced non-shivering thermogenesis in birds is associated with upregulation of avian UCP but not with innate uncoupling or altered ATP efficiency

Despite their lack of brown adipose tissue, some bird species develop regulatory non-shivering thermogenesis (NST) of skeletal muscle origin in response to cold acclimation. Mechanisms involved in avian NST are still unclear but may involve reduced energetic coupling in skeletal muscle mitochondria through the expression of an avian homologue of mammalian uncoupling proteins. The aim of this work was to investigate whether the expression of avian uncoupling protein (avUCP) would correlate with the capacity for cold-induced muscle NST. Various levels of cold acclimation were obtained by rearing 1-week-old ducklings (Cairina moschata) for 4 weeks at three different ambient temperatures (25 degrees C, 11 degrees C or 4 degrees C). Muscle NST was measured by simultaneous recordings of metabolic rate and electromyographic activity (gastrocnemius muscle) at ambient temperatures (T(a)) ranging from 27 degrees C to -5 degrees C. The expression of avUCP gene and mitochondrial bioenergetics were also determined in gastrocnemius muscle. Results showed that muscle NST capacity depends on the T(a) at which ducklings were acclimated, i.e. the lower the rearing temperature, the higher the capacity for NST. This increased metabolic heat production occurred in parallel with an upregulation of avUCP, which was not associated with a change in mitochondrial membrane conductance. The intensity of mitochondrial oxidative phosphorylation also increased in proportion with the harshness of cold, while the efficiency of ATP generation was equally effective in all three acclimation temperatures. In the absence of mitochondrial uncoupling, these data indicate a clear link between avUCP expression and the capacity of ducklings to adjust their muscular aerobic activity to cold exposure