Does lindane (gamma-hexachlorocyclohexane) increase the rapid delayed rectifier outward K(+) current (I(Kr)) in frog atrial myocytes?

BACKGROUND: The effects of lindane, a gamma-isomer of hexachlorocyclohexane, were studied on transmembrane potentials and currents of frog atrial heart muscle using intracellular microelectrodes and the whole cell voltage-clamp technique. RESULTS: Lindane (0.34 microM to 6.8 microM) dose-dependently shortened the action potential duration (APD). Under voltage-clamp conditions, lindane (1.7 microM) increased the amplitude of the outward current (I(out)) which developed in Ringer solution containing TTX (0.6 microM), Cd(2+) (1 mM) and TEA (10 mM). The lindane-increased I(out) was not sensitive to Sr(2+) (5 mM). It was blocked by subsequent addition of quinidine (0.5 mM) or E-4031 (1 microM). E-4031 lengthened the APD; it prevented or blocked the lindane-induced APD shortening. CONCLUSIONS: In conclusion, our data revealed that lindane increased the quinidine and E-4031-sensitive rapid delayed outward K(+) current which contributed to the AP repolarization in frog atrial muscle

Ionic contrast terahertz time resolved imaging of frog auricular heart muscle electrical activity

International audienceThe authors demonstrate the direct, noninvasive and time resolved imaging of functional frog auricular fibers by ionic contrast terahertz (ICT) near field microscopy. This technique provides quantitative, time-dependent measurement of ionic flow during auricular muscle electrical activity, and opens the way of direct noninvasive imaging of cardiac activity under stimulation. ICT microscopy technique was associated with full three-dimensional simulation enabling to measure precisely the fiber sizes. This technique coupled to waveguide technology should provide the grounds to development of advanced in vivo ion flux measurement in mammalian hearts, allowing the prediction of heart attack from change in K+ fluxes. Cop. 2006 American Institute of Physics

Second-harmonic microscopy of unstained living cardiac myocytes: measurements of sarcomere length with 20-nm accuracy.

International audienceWe extend second-harmonic generation (SHG) microscopy to the measurement of sarcomere length in unstained living cardiac myocytes with 20-nm accuracy. We quantify individual sarcomere shortening in the presence of saxitoxin and find that it is in agreement with mechanical measurements of atrial tissue contracture. This functional application of SHG microscopy is generally applicable to quantify the physiological effects of drugs on contractile tissue. Our data also suggest that packed myosin heads in sarcomere thick filaments are responsible for the large second-harmonic endogenous signal in muscle tissue

Microscopies multiharmoniques pour l'imagerie structurale de tissus intacts [Second- and third-harmonic generation microscopies for the structural imaging of intact tissues]

International audienceDepuis son introduction en 1990, la microscopie de fluorescence excitée à deux photons (Fluo-2P) s'est peu à peu imposée comme une méthode incontournable d'imagerie de tissus intacts à l'échelle sub-cellulaire. En effet, la caractéristique la plus remarquable de la microscopie multiphotonique est de maintenir une résolution tridimensionnelle micrométrique lors de l'observation en profondeur d'un milieu optiquement diffusant. Combinée aux technologies de protéines-fusion (type GFP), cette approche est aujourd'hui utilisée dans de nombreux domaines, notamment en neurophysiologie. Un autre attrait de ce type d'imagerie réside dans l'utilisation possible d'autres phénomènes optiques non linéaires (c'est-à-dire impliquant l'interaction simultanée de plusieurs photons avec une molécule observée) comme source de contraste. Ainsi, les microscopies par génération de second harmonique (GSH) et par génération de troisième harmonique (GTH) permettent également d'observer des milieux complexes et fournissent des informations complémentaires par rapport à l'imagerie de fluorescence. Certaines structures cellulaires ou tissulaires fournissent, en effet, ce type de réponse optique sans nécessiter de marquage exogène. La microscopie GSH permet, par exemple, de détecter le collagène fibrillaire et la microscopie GTH permet d'observer sans marquage le développement embryonnaire de petits organismes. One principal advantage of multiphoton excitation microscopy is that it preserves its three-dimensional micrometer resolution when imaging inside light-scattering samples. For that reason two-photon-excited fluorescence microscopy has become an invaluable tool for cellular imaging in intact tissue, with applications in many fields of physiology. This success has driven increasing interest in other forms of nonlinear microscopy that can provide additional information on cells and tissues, such as second- (SHG) and third- (THG) harmonic generation microscopies. In recent years, significant progress has been made in understanding the contrast mechanisms of these recent methodologies, and high-resolution imaging based on intrinsic sources of signal has been demonstrated in cells and tissues. Harmonic generation exhibits structural rather than chemical specificity and can be obtained from a variety of non-fluorescent samples. SHG is observed specifically in dense, non-centrosymmetric arrangements of polarizable molecules, such as collagen fibrils, myofilaments, and polarized microtubule bundles. SHG imaging is therefore emerging as a novel approach for studying processes such as the physiopathological remodelling of the collagen matrix and myofibrillogenesis in intact tissue. THG does not require a non-centrosymmetric system; however no signal can be obtained from a homogeneous medium. THG imaging therefore provides maps of sub-micrometer heterogeneities (interfaces, inclusions) in unstained samples, and can be used as a general purpose structural imaging tool. Recent studies showed that this technique can be used to image embryo development in small organisms and to characterize the accumulation of large lipid bodies in specialized cells. SHG and THG microscopy both rely on femtosecond laser technology and are easily combined with two-photon microscopy

Modulation muscarinique de l’activité cardiaque

L’objectif de cette revue est de rassembler des informations concernant l’innervation cardiaque, complexe et encore mal connue, et plus particulièrement d’aborder la modulation exercée par le système parasympathique sur l’activité électrique et mécanique du muscle cardiaque. L’acétylcholine (ACh) libérée par les terminaisons nerveuses du nerf vague hyperpolarise la membrane, raccourcit la durée du potentiel d’action (PA), et exerce un effet inotrope négatif sur le muscle cardiaque. Les toxines sont des outils qui se révèlent utiles pour étudier les mécanismes de la signalisation membranaire. La ciguatoxine des Caraïbes (C-CTX-1) exerce une action muscarinique sur les fibres atriales de la Grenouille en libérant l’ACh à partir des terminaisons nerveuses présentes dans ce tissu. L’étude de la C-CTX-1 a permis d’établir un modèle, semblable à celui de la jonction neuromusculaire (jnm), pour décrire les événements qui interviennent lors du déclenchement et de la libération de l’ACh. La trachynilysine (TLY) est une toxine protéique qui produit une entrée de Ca2+ et vide les vésicules claires synaptiques de la jnm de leur contenu en ACh. La TLY exerce un effet muscarinique sur les fibres auriculaires de Grenouille qui est attribuable à une libération d’ACh par les terminaisons nerveuses en réponse à une entrée de Ca2+. Il est admis que la libération d’ACh par la jnm se fait par l’exocytose des vésicules synaptiques contenant l’ACh par l’intermédiaire d’un système de protéines sensibles aux toxines botuliques. Une de ces protéines, le SNAP-25, est la cible de la toxine botulique de type A (BoNT/A). L’étude des cœurs de grenouilles intoxinées par la BoNT/A montre que le PA auriculaire est prolongé et indique que la libération d’ACh spontanée est bloquée par la BoNT/A. Ces expériences révèlent que le SNAP-25 est présent au niveau des terminaisons nerveuses du tissu atrial. Cependant, chez les animaux intoxinés, il existe une importante conductance potassique activée par le Ca2+ intracellulaire. L’activité électrique du ventricule est notablement altérée par l’intoxination. L’ACh libérée stimule le récepteur muscarinique qui active un canal potassique par l’intermédiaire d’une protéine G. Cinq sous-types de récepteurs muscariniques ont été clonés à partir de différents tissus. Les sous-types MI M2 M3 et M4 ont été identifiés dans de nombreux tissus cardiaques. Ces récepteurs sont couplés à différentes protéine-G qui activent différents effecteurs. Les récepteurs Ml modulent le plateau du PA; les récepteurs M2 sont plus particulièrement impliqués dans l’activation d’un courant potassique présentant une rectification entrante. Les récepteurs M3 et M4 activeraient des courants potassiques. En conclusion, la libération d’ACh à partir des terminaisons nerveuses parasympathiques qui innervent les cellules cardiaques obéit à des événements semblables (entrée de Ca2+; activation d'un complexe protéique contenant le SNAP-25) à ceux qui président à la libération du neurotransmetteur à la jonction neuromusculaire. Elle stimule de nombreux récepteurs muscariniques qui sont couplés à des protéines G et active différents effecteurs qui sont impliqués dans la modulation de l’activité électrique et mécanique du muscle cardiaque

Modulation muscarinique de l'activité cardiaque [Muscarinic modulation of cardiac activity]

International audienceL'objectif de cette revue est de rassembler des informations concernant l'innervation cardiaque, complexe et encore mal connue, et plus particulièrement d'aborder la modulation exercée par le système parasympathique sur l'activité électrique et mécanique du muscle cardiaque. L'acétylcholine (ACh) libérée par les terminaisons nerveuses du nerf vague hyperpolarise la membrane, raccourcit la durée du potentiel d'action (PA), et exerce un effet inotrope négatif sur le muscle cardiaque. Les toxines sont des outils qui se révèlent utiles pour étudier les mécanismes de la signalisation membranaire. La ciguatoxine des Caraïbes (C-CTX-1) exerce une action muscarinique sur les fibres atriales de la Grenouille en libérant l'ACh à partir des terminaisons nerveuses présentes dans ce tissu. L'étude de la C-CTX-1 a permis d'établir un modèle, semblable à celui de la jonction neuromusculaire (jnm), pour décrire les événements qui interviennent lors du déclenchement et de la libération de l'ACh. La trachynilysine (TLY) est une toxine protéique qui produit une entrée de Ca2+ et vide les vésicules claires synaptiques de la jnm de leur contenu en ACh. La TLY exerce un effet muscarinique sur les fibres auriculaires de Grenouille qui est attribuable à une libération d'ACh par les terminaisons nerveuses en réponse à une entrée de Ca2+. Il est admis que la libération d'ACh par la jnm se fait par l'exocytose des vésicules synaptiques contenant l'ACh par l'intermédiaire d'un système de protéines sensibles aux toxines botuliques. Une de ces protéines, le SNAP-25, est la cible de la toxine botulique de type A (BoNT/A). L'étude des coeurs de grenouilles intoxinées par la BoNT/A montre que le PA auriculaire est prolongé et indique que la libération d'ACh spontanée est bloquée par la BoNT/A. Ces expériences révèlent que le SNAP-25 est présent au niveau des terminaisons nerveuses du tissu atrial. Cependant, chez les animaux intoxinés, il existe une importante conductance potassique activée par le Ca2+ intracellulaire. L'activité électrique du ventricule est notablement altérée par l'intoxination. L'ACh libérée stimule le récepteur muscarinique qui active un canal potassique par l'intermédiaire d'une protéine G. Cinq sous-types de récepteurs muscariniques ont été clonés à partir de différents tissus. Les sous-types M1 M2 M3 et M4 ont été identifiés dans de nombreux tissus cardiaques. Ces récepteurs sont couplés à différentes protéine-G qui activent différents effecteurs. Les récepteurs M1 modulent le plateau du PA; les récepteurs M2 sont plus particulièrement impliqués dans l'activation d'un courant potassique présentant une rectification entrante. Les récepteurs M3 et M4 activeraient des courants potassiques. En conclusion, la libération d'ACh à partir des terminaisons nerveuses parasympathiques qui innervent les cellules cardiaques obéit à des événements semblables (entrée de Ca2+; activation d'un complexe protéique contenant le SNAP-25) à ceux qui président à la libération du neurotransmetteur à la jonction neuromusculaire. Elle stimule de nombreux récepteurs muscariniques qui sont couplés à des protéines G et active différents effecteurs qui sont impliqués dans la modulation de l'activité électrique et mécanique du muscle cardiaque

Cardiotoxicité du lindane, un isomère γ de l’hexachlorocyclohexane

L’objectif de la présente revue est de rassembler des informations concernant les effets engendrés par l’intoxication liée à l’absorption de lindane, l’isomère y de l’hexachlorocyclohexane. Largement utilisé comme insecticide et désinfectant en agriculture, le lindane entre aussi dans la composition de lotions, crèmes et shampooings destinés à lutter contre les parasites (poux, gale) chez l’Homme.Absorbé par les voies respiratoire, digestive ou transcutanée, le lindane s’accumule dans les tissus riches en lipides et dans le sang ou il est véhiculé dans tout l’organisme et peut affecter la santé de l’Homme en exerçant divers effets systémiques, immunologiques, tératogènes, mutagènes et/ou cancérogènes. Les symptômes liés à l’intoxication par le lindane diffèrent selon que celle-ci est due à une exposition aiguë ou chronique. La molécule de lindane, très lipophile, s’incorpore dans les membranes biologiques (mitochondries, réticulum sarcoplasmique, myéline, microsomes du cerveau, érythrocytes).Le lindane exerce une action stimulante sur la transmission synaptique et inhibe le courant chlore activé par l’acide γ-aminobutyrique (GABA) d’un grand nombre de préparations musculaires et nerveuses en interagissant avec le complexe récepteurs au GABA – canal chlore. Il affecte l’homéostasie calcique d’un grand nombre de tissus.La ressemblance entre la structure de la molécule de lindane et celle de l’inositol (1, 4, 5) phosphate (IP3) a suggéré que le lindane libérait le Ca2+ à partir des réserves intracellulaires sensibles à l’IP3. Cependant, le pesticide n’entre pas en compétition avec le récepteur à l’IP3. Une libération de Ca2+ à partir du réticulum endoplasmique, des mitochondries et autres réservoirs calciques a été observée en présence de lindane. Le lindane altère le métabolisme énergétique des mitochondries hépatiques et la synthèse de l’inositol-phosphate des cellules neuronales. Il diminue les concentrations en phosphatidyl inositol PI, PIP et PIP2 des membranes érythrocytaires et cérébrales de Rats, exposés de manière répétitive au pesticide durant 3 ou 6 mois. Le lindane induit un stress oxydatif qui est responsable de l’inhibition des jonctions « gap » communicantes intercellulaires.Des modifications de l’électrocardiogramme (ECG), semblables à celles engendrés par une hyper-kaliémie, ont été rapportées après ingestion de lindane. Au cours de l’empoisonnement aigu, l’activité des transaminases (SGOT et SGTP), et de la lactate déshydrogénase (LDH) du sérum augmente. Le lindane provoque des altérations histologiques du tissu cardiaque et une dystrophie cardio-vasculaire (contracture, dégénérescence et nécrose tissulaire) principalement localisées au niveau de la paroi du ventricule gauche (VG) et une hypertrophie de celui-ci. L’ingestion chronique de doses résiduelles de lindane au cours de la gestation et durant les deux mois qui suivent la naissance raccourcit la durée du potentiel d’action (PA) du muscle papillaire isolé du VG chez le Rat. Cet effet est similaire à celui provoqué par l’hyperthyroïdie. Le lindane augmente le taux sérique de triiodothyronine (T3) chez le Rat rendu hyperthyroïdien. T3 augmente la densité des canaux potassiques transitoires qui participent au raccourcissement de la durée du PA au cours du développement chez le Rat. Les hormones thyroïdiennes régulent l’expression des ARN messagers qui encodent pour différents canaux potassiques impliqués dans la repolarisation du PA, (kvl.2 ; Kvl.4; Kvl.5; Kv2.1 ; Kv4 ; HCN2). L’hormone qui libère la thyrotropine « thyrotropine releasing hormone » (TRH) module le canal potassique retardé rapide de type HERG (IKr) encodé par le gène humain ether-a-go-go dans les cellules pituitaires antérieures GH3/B6 de Rat. Ce canal potassique est impliqué dans le syndrome cardiaque lié au prolongement anormal de l’espace séparant les ondes Q et T de l’ECG (long-QT syndrome). La TRH modifie la cinétique du canal potassique HERG humain co-exprimé avec le récepteur à la TRH dans les oocytes de Xénopes dont l’activité serait modulée par une voie qui dépend de la protéine kinase C liée à une protéine G couplée au récepteur et régulée par les changements de la concentration membranaire en PIP2.En conclusion, le lindane affecte l’activité des cellules excitables, perturbe le fonctionnement du système cardio-circulatoire et représente un danger potentiel pour la santé humaine

Effet des ciguatoxines sur le système cardio-circulatoire

Le but de la présente revue est de rassembler les principales observations concernant les effets sur le système cardio-circulatoire de polyéthers toxiques, appelés ciguatoxines qui sont responsables d’une intoxication endémique, la ciguatera, dans les régions tropicales et subtropicales. La ciguatera est liée à l’ingestion de poissons contaminés par un Dinoflagellé, Gamberdiscus toxicus. En raison de l’importation de poissons tropicaux destinés à l’alimentation et à la multiplication des voyages dans les régions tropicales, la maladie affecte maintenant les régions tempérées. Plusieurs toxines ont été isolées et purifiées de différentes espèces de poissons tropicaux vivant dans différentes zones géographiques. Elles ont été classées en trois types selon la nature de certains cycles présents dans le squelette carboné. Les observations cliniques chez l’Homme indiquent que l’intoxication ciguatérique affecte l’electrocardiogramme (ECG) et la pression sanguine. Dans la plupart des cas rapportés, l’intoxication engendre l’apparition d’un ralentissement du rythme cardiaque (bradycardie), une hypotension et une altération du segment S-T de l’ECG. Les différentes toxines ciguatériques isolées et purifiées produisent des altérations importantes de la morphologie des cellules cardiaques qui se traduisent par un gonflement cellulaire et une désorganisation des organites cellulaires. Ces toxines ralentissent la conduction des nerfs cardiaques et augmentent la probabilité d’ouverture des canaux Na+ des ganglions intracardiaques. Les ciguatoxines exercent, sur la contraction de l’oreillette ou du ventricule isolés du cœur de petits Mammifères (Cobaye, Rat, Souris) et de l’oreillette humaine, un effet inotrope positif ou inotrope négatif selon la concentration de toxine appliquée. Ces effets sont attribués à une libération de noradrénaline et d’acétylcholine à partir des terminaisons nerveuses autonomes présentes dans le tissu cardiaque. Les toxines exercent aussi un effet inotrope positif plus tardif qui a été attribué à un effet direct de la toxine sur les canaux Na+ (sensibles à la tétrodotoxine et qui dépendent du potentiel de membrane) de la membrane cardiaque. Les ciguatoxines dépolarisent la membrane des préparations atriales et ventriculaires de Mammifères et déplacent le seuil d’activation du courant sodique vers les potentiels plus négatifs. En conclusion, les effets inotropes produits par les ciguatoxines sur le tissu cardiaque dépendent de la sensibilité à la concentration de toxines des terminaisons nerveuses du système nerveux autonome qui libèrent la noradrénaline et l’acétylcholine. L’augmentation de l’influx de sodium dans les cellules observée en présence de ciguatoxine, est impliquée dans l’effet inotrope positif tardif des toxines : Elle peut aussi être responsable des changements osmotiques, semblables au changement de volume cellulaire sensible au mannitol observé sur le nœud de Ranvier, produits dans les cellules cardiaques par les ciguatoxines

Effects of lindane (gamma-hexachlorocyclohexane) on rat heart muscle contraction.

International audienceThe effects of micromolar concentrations of lindane on the mechanical activity of cardiac left ventricular papillary muscles were studied in adult female rats. Lindane decreased the amplitude and duration of the contraction, and slowed down the time course of its ascending phase (i.e. decreased the maximum rate of rise of the initial phase (dC/ dtmax)). Both amplitude and duration of the contraction, but not dC/dtmax, were restored by subsequent application of the rapid delayed outward K+ current (IKr) blocker E-4031 (10 nmol/l). Increasing the stimulation frequency from 1 to 3.3 Hz in the control solution produced a decrease in the amplitude of the first beat peak contraction while a slow recovery phase (srp) developed, as the result of the Na+-Ca2+ exchanger activity. When the frequency was restored to 1 Hz, a post rest potentiation (prp) with a negative staircase (ns) developed due to the sarcoplasmic reticulum (SR) Ca2+ refilling. Lindane increased the amplitude of both srp and prp, but did not affect ns, which indicates that SR Ca2+ refilling was not altered by the pesticide. In conclusion, the results strongly suggest that some of the lindane-induced negative inotropic and chronotropic-like effects on the contraction are due to an increased IKr while the decrease in dC/dtmax (i.e. the rate of cross-bridge formation) results from lindane oxidative properties

Cardiotoxicité du lindane, un isomère gamma de l'hexachlorocyclohexane [Cardiotoxicity of lindane, a gamma isomer of hexachlorocyclohexane ]

International audienceThe goal of the present review is to collect information concerning membrane effects induced by lindane intoxication, a y isomer of hexachiorocyclohexane (gamma-HCH) that has been largely used as an insecticide and disinfectant in agriculture and entered also in the composition of some lotions, creams and shampoos used against parasites (lice and scabies). Absorbed through respiratory, digestive or transcutaneous pathways, lindane accumulates within lipid rich tissues. Lindane accumulation depends on the duration of the exposure and affects tissues in the following order: adipose tissues > brain > kidney > muscle > lungs > heart > liver > blood. Whatever the mode of lindane absorption, it accumulates in blood and is distributed throughout the body. It may affect human health by exerting systemic, immunologic, teratogenic, and/or cancerogenic effects. The symptoms of lindane intoxication are different according to the mode of intoxication, acute or chronic. The absorption of high doses of gamma-HCH is particularly toxic for the central nervous system and for the female and male reproduction apparatus in mammals where lindane is considered as an endocrine disruptor. Lindane is highly lipophilic and incorporates into biological membranes according to the following sequence: mitochondria > sarcoplasmic reticulum > myelin > brain microsomes > erythrocytes. Lindane exerts a stimulating action on synaptic transmission and inhibits the chloride current activated by gamma-amino butyric acid (GABA) of many muscular and nervous preparations by interacting with the receptors GABA-chloride channel complex. It seems to affect calcium homeostasis of many tissues. The similarity between lindane and inositol (1, 4, 5) phosphate (IP3) suggested that lindane releases Ca2+ from IP3-sensitive intracellular stores in macrophages and myometrial cells. Ca2+ release from reticulum endoplasmic, mitochondria and other Ca2+ stores has been reported in cat kidney cells. Lindane altered energetic metabolism of hepatic mitochondria and the inositol-phosphate synthesis in neuronal cells. However, lindane does not compete with the IP3 receptor. Lindane produces a Ca2+ influx in mice peritoneal macrophage cells responsible for the Ca2+ induced Ca2+ release produced by phospholipase C via IP3 pathway and resulting in a maintained increase of the free cytosolic Ca2+ concentration. Lindane decreased the membrane erythrocyte and cerebral cell concentration of phosphatidyl inositol PI, PIP and PIP2 in rats repetitively exposed to lindane for 3 or 6 months. Lindane induces oxidative stress; it modifies the activity of the scavenger enzymes. This effect is involved in the inhibition of intercellular gap junctions. Modifications of the electrocardiogram (ECG), sinusal rhythm alteration and negative and dysphasic variations of T wave, similar to those produced by hyperkaliemia, have been reported after lindane absorption. During acute lindane poisoning, the activities of serum transaminases (SGOT, SGTP), and lactate deshydrogenase (LDH) increase. Lindane produces histological alterations of cardiac tissues and a cardio-vascular dystrophy (contracture, degenerescence and necrosis) mainly in the left ventricular wall and a hypertrophy of the left ventricle. Chronic application of residual doses of lindane shortened the action potential duration in rat papillary muscle. These effects were similar to those induced by hyperthyroidism. Lindane increases the triiodothyronine (T3) serum level in hyperthyroid rats. T3 plays an important role in the postnatal development of the rat ventricle by increasing the density of potassium channels which contribute to action potential shortening during the development. Thyroid hormones influence the regulation and the expression of messengers ARN which encode different potassium channels involved in action potential repolarization (Kvl.2; Kvl.4; Kvl.5; Kv2.1; Kv4; HCN2). The thyrotropine-releasing hormone (TRH) modulates the HERG-type rapid delayed potassium channel (IKr) encoded by the human gene ether-a-go-go in rat anterior pituitary cells GH3/B6. This channel is involved in the cardiac long QT syndrome. TRH modifies the current kinetics of human HERG potassium channel co-expressed in Xenopus oocytes with the TRH receptor, whose activity is modulated via the protein kinase C pathway linked to a G protein-coupled receptor and is regulated by changes in the PIP2 concentration in the membrane. IKr channels regulation is also dependent on sexual hormones. In conclusion, lindane affects the excitable membranes and the cardio circulatory system. These alterations (may) represent a potential risk for human health