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Changes in histamine, putrescine, and cadaverine concentrations in fresh and stored bluefish (Pomatomus saltatrix) were determined using a new HPLC method. The HPLC method utilized a 5.0% (w/v) trichloroacetic acid (TCA) extraction, pre-column fluorescamine derivitization, and fluorescence detection. The derivatives were stable over 24 h. The 5% TCA extraction produced percent recoveries of 98.6%, 98.7, and 100.0% for histamine, cadaverine, and putrescine respectively. The HPLC process including extraction, derivatization, and HPLC analyses was conducted in less than 45 minutes. Fresh bluefish was found to contain between <1 ppm and 99 ppm histamine, and no cadaverine or putrescine. Fresh bluefish fillets were stored at 5, 10, and 15 degrees C until sensory rejection. Fresh bluefish fillets inoculated with Morganella morganii were also stored at the same conditions. Histamine levels as high as 2200 ppm were observed in the inoculated fish stored at 15 degrees C. Overall, histamine achieved higher levels in the bluefish pieces inoculated with Morganella morganii. Histamine was present in greater amounts than putrescine and cadaverine in the bluefish samples. Histamine levels at each temperature exceeded the 50 ppm advisory level established by the FDA before 100% sensory rejection. Putrescine levels increased at each temperature during storage. Cadaverine was present only in uninoculated bluefish stored at 15 degrees C. Consumer risk from histamine poisoning seems to be the greatest in those fish stored at 5 degrees C where acceptance levels were higher and histamine levels above 100 ppm were observed. The presence of histamine-forming bacteria in fish-processing facilities was studied. Environmental sampling techniques were conducted in the Hampton Roads area of Virginia in fish-processing facilities that regularly handle scombroid fish or other fish which are known to accumulate histamine levels greater than 50 ppm. Surfaces that come into contact with the fish were swabbed and the histamine-forming bacteria from these areas were identified. One isolate each of Klebsiella ozaenae and Vibrio alginolyticus, and two isolates of Aeromonas sp. were found in the processing facilities. The study concluded that histamine-forming bacteria do not make up a large part of the microflora associated with fish-processing facilities. Fishing vessels were also sampled and no histamine-forming bacteria were identified. / Master of Science

De nombreuses études de notre laboratoire ont montré le rôle prépondérant des neurones à histamine (HA) dans le contrôle de l'activation corticale et de l'éveil (Ev). Grâce aux divers modèles de souris knockout (KO), cette thèse a apporté de nouvelles données expérimentales confortant le rôle majeur de l’HA dans le contrôle de l’Ev. D’une part, la comparaison des phénotypes des souris sans HA de fond C57BL/6J à ceux observés précédemment chez les souris sans HA de fond 129/Sv nous a permis de confirmer que la somnolence et le déficit en Ev seraient bien dus à l’absence de l’HA. D’autre part, nous avons montré, grâce aux souris KO pour le gène du récepteur H3, qu’une neurotransmission histaminergique accrue et chronique pourrait, face aux divers défis comportementaux notamment le test de motivation, conduire à une extension exagérée de l’Ev semblable à une restriction volontaire du sommeil. En contrepartie, l’Ev serait déficitaire en absence de stimuli, même aux moments où l’activation corticale et comportementale est habituellement nécessaire (e.g., l’extinction lumineuse). Ces phénotypes ainsi que les perturbations comportementales et métaboliques rapportées (adiposité, obésité) chez la même souris suggèrent que ce modèle pourrait s’apparenter à un modèle de restriction chronique de sommeil. Enfin, nos premiers résultats semblent en mesure de montrer un rôle des récepteurs H2 dans la réactivité face au stress, notamment après un test de suspension. L’ensemble de ce travail contribue à la compréhension de la neurobiologie du système à HA et de sa régulation de l’Ev dans les conditions physiopathologiques / Studies from our laboratory have shown the major role of histamine (HA) neurons in the control of cortical activation and waking (W). Using knockout (KO) mouse models, this PhD study provides new experimental data further supporting the importance of HA in W control. First, the comparison of sleep-wake phenotypes of C57BL/6J mice lacking HA with those of the 129/Sv genetic background allowed us to confirm that somnolence and W deficit are due to the absence of HA rather than the interactions between the genetic background and deleted gene. Second, mice lacking H3-receptors showed signs of enhanced HA neurotransmission and vigilance, e.g., a greater extension of W or sleep restriction during behavioral tasks (new environment, locomotion, and motivation tests). During the baseline dark period, however, they displayed deficient W probably due to decreased HA cell activity and desensitized postsynaptic receptors. These data and the obesity phenotypes reported previously in this mouse suggest that chronic enhancement of HA transmission finally compromises the arousal system per se, leading to sleep-wake, behavioral and metabolic disorders similar to those caused by voluntary sleep restriction in humans. Finally, our preliminary results seem to indicate a role of H2- receptors in the reactivity facing stress, notably after a test of tail suspension. Together, our study contributes to the neurobiology of the HA system and its role in controlling W in pathophysiological conditions

Résumé confidentiel / Confidential abstract

L'histamine(HA) et l'orexine(Ox) jouent des rôles distincts/complémentaires dans l'éveil(Ev) associés à la locomotion, l'exploration, la motivation & l'anticipation. La régulation de l'Ev dépend donc des activités comportementales instantanées et de la participation diverse des systèmes d'éveil. Par une approche intégrée, cette thèse se focalise sur le rôle d'HA et Ox dans l'Ev lié à l'attirance sexuelle (Sexual Arousal), une condition sine qua non pour la reproduction.La présence de la souris femelle entraîne une augmentation de l'Ev chez le mâle. Celle-ci n'est pas significative si un autre mâle est présent. Cet effet dépend d'hormones sexuelles car les souris femelles ovariectomisées ou prétraitées par un antagoniste d'œstrogènes n'entrainent pas d'Ev chez les mâles, alors que les mâles prétraités par un antagoniste d'androgènes n'ont plus cette augmentation. L'inhibition de la synthèse d'HA ou du récepteur Ox1 abolit l'augmentation de l'Ev. Celle-ci est préservée chez la souris sans HA ou sans Ox mais absente chez la souris sans les deux. Ainsi, les systèmes à HA & à Ox, pilotés par les hormones sexuelles, jouent un rôle clé dans Sexual Arousal. Un déficit chronique en HA ou Ox serait compensé par des mécanismes adaptatifs, qui deviennent insuffisants lors de la délétion des deux systèmes. J'ai aussi participé à des études sur : 1) le rôle du récepteur H1 dans l'Ev exploratoire; 2) les neurones à HA, cible de l'acide ursodésoxycholique; 3) les connexines & le mode d'action du modafinil.Cette thèse contribue à qualifier le rôle synergique d'HA & Ox dans le contrôle des multiples facettes de l'Ev & soutient l'hypothèse que le contrôle de l'Ev est comportement-dépendant / Our previous work showed that histamine (HA) and orexin (Ox) neurons play distinct, but complementary roles in wakefulness(W) associated with locomotion, exploration, motivation and anticipation, leading to the hypothesis that the regulation of W, a highly heterogeneous brain state, depends on the instantaneous ongoing behavioral activities and diverse participation of various arousal systems. Using an integrative approach, this thesis focused on the role of HA and Ox in sexual arousal, a prerequisite for reproduction.The presence of a female mouse elicited in a male a marked increase in W. This increase was not significant if another male was introduced. Ovariectomized or estrogen receptor antagonist-treated female mice did not elicit sexual arousal in males. Male mice pretreated with an androgen receptor antagonist did not show any increased W facing a female. Acute inhibition of HA synthesis or Ox1-receptor antagonist abolished sexual arousal. Whereas sexual arousal was intact in knockout(KO) mice lacking either HA or Ox, it was totally absent in double KO mice. Thus, both the HA and Ox systems, driven by sex hormones, promote sexual arousal. Chronic HA or Ox loss could be compensated by up-regulated adaptive mechanisms, which became ineffective when both systems were deleted.During my thesis, I was also involved in the studies of 1) role of HA H1-receptor in W associated with exploration; 2) HA neurons as target of ursodeoxycholic acid; 3) astroglial connexins and modafinil mode of action.This thesis contributes to qualify the synergistic role of HA and Ox in controlling the multiple facets of W and supports the hypothesis that the control of W is behavior-dependent

Histamine is metabolized by several enzymes in vitro and in vivo. The relevance of this metabolism in the mammalian heart in vivo is unclear. However, histamine can exert positive inotropic effects (PIE) and positive chronotropic effects (PCE) in humans via H2- histamine receptors. In transgenic mice (H2-TG) that overexpress the human H2 receptor in cardiomyocytes but not in wild-type littermate mice (WT), histamine induced PIE and PCE in isolated left or right atrial preparations. These H2-TG were used to investigate the putative relevance of histamine degrading enzymes in the mammalian heart. Histidine, the precursor of histamine, increased force of contraction (FOC) in human atrial preparations. Moreover, histamine increased the phosphorylation state of phospholamban in human atrium. Here, we could detect histidine decarboxylase (HDC) and histamine itself in cardiomyocytes of mouse hearts. Moreover, our data indicate that histamine is subject to degradation in the mammalian heart. Inhibition of the histamine metabolizing enzymes diamine oxidase (DAO) and monoamine oxidase (MAO) shifted the concentration response curves for the PIE in H2-TG atria to the left. Moreover, activity of histamine metabolizing enzymes was present in mouse cardiac samples as well as in human atrial samples. Thus, drugs used for other indication (e.g. antidepressants) can alter histamine levels in the heart. Our results deepen our understanding of the physiological role of histamine in the mouse and human heart. Our findings might be clinically relevant because we show enzyme targets for drugs to modify the beating rate and force of the human heart.

L’horloge circadienne permet de régler avec précision les anticipations physiologiques et comportementales face à un environnement perpétuellement oscillant entre jour et nuit. Cette capacité endogène n’est utile que si les processus biologiques restent synchronisés sur le temps solaire. La lumière représente le stimulus le plus efficace pour informer l’horloge des cycles environnementaux.
Chez la drosophile (Drosophila melanogaster) la synchronisation des rythmes veille/sommeil par la lumière est assurée par la molécule photosensible CRYPTOCHROME et par le système visuel. Alors que le cryptochrome agit dans les neurones d'horloges, le système visuel renseigne ces derniers par des voies qui restent à découvrir. La drosophile possède trois organes photorécepteurs, l'oeil composé, les ocelles et l'eyelet de Hofbauer-Buchner, qui expriment chacun une ou plusieurs rhodopsines. La cascade de phototransduction activée par la lumière dépend de la phospholipase C-ß NORPA et conduit à une libération d’histamine.
Dans notre étude, nous avons tenté de caractériser la contribution de chaque rhodopsine dans l’entraînement circadien, mais également de déterminer leur contribution norpA-dépendante en condition de faible lumière.
L’analyse de mutants a montré que les 6 rhodopsines du système visuel constituaient les seules molécules photosensibles capables d’informer l’horloge et que la RH2 et la RH5 seules étaient capables d’entraîner l’horloge en fonction des conditions expérimentales. Nous avons également pu mettre en évidence le fait que les RH1, RH3, RH4 et RH6 utilisaient une voie NORPA-dépendante pour informer l’horloge, alors que la RH2 ne semblait pas le faire. Des doutes subsistent quant à l’existence d’une voie NORPA- dépendante de la RH5 pour informer l’horloge. Nous avons également caractérisé la contribution des récepteurs à l’histamine ORT et HISCL1 dans les processus circadiens: en l'absence de cryptochrome, chacun des deux récepteurs suffit à synchroniser l'horloge et la perte des deux rend les mouches circadiennement aveugles De plus, nous avons constaté que la connexion des photorécepteurs à l’horloge ne se faisait pas directement mais par l’intermédiaire de voies glutamatergiques ou cholinergiques. L’ensemble de ce travail a permis de faire une 1er ébauche des circuits nécessaires à la transmission de l’information lumineuse à l’horloge cérébrale et d’identifier les opsines ainsi que les interneurones impliqués. / The circadian clock allowed physiologic and behavioural anticipation against the day/night oscillation. Light is the most powerful clue for living organism. In the fly Drosophila melanogaster, the rest-activity is synchronized by light and pass through the cryptochrome and the visual system. CRYPTOCHROME act directly in the clock neurons to inform the clock but little is known about the visual system. Drosophila posses tree structures: the ocelli, the compound eye and the eyelet of Hofbauer-Buchner, each structure expressed one or multiple rhodopsins. The phototransduction cascade is activated by light and depend one a phospholipase C-ß NORPA, this lead to histamine realised. Study of mutants show that the 6 rhodopsines represent the only photo-sensible molecule for the clock and the RH2 and the RH5 alone could entrain the clock. We have also find that the RH1, RH3, RH4 and RH6 use a NORPA-dependant way to inform the clock whereas the RH2 does not. Some doubt is still present regarding the RH5 NORPA-dependant way. We have determined that the two-histamines receptor ORT and HISCL1 are involved in the circadian process. Besides, we have shown that there is no direct connexion between the clock and the photoreceptors but the information is relay on a glutamatergique and a cholinegique pathway. This thesis draws the circuit by which the light informed the clock and identified the opsines and the interneurons involved.

Bien que présents dans l'organisme en quantités infinitésimales, les métaux de transition jouent un rôle physiologique essentiel. On les trouve généralement sous forme de chélates avec des coordinats biologiques de masse molaire élevée dont l'étude est particulièrement difficile. Il est cependant possible de modéliser les sites actifs de ces macromolécules à l'aide de petites molécules plus faciles à étudier. Nous avons synthétisé des pseudo-peptides à base d'histamine pour simuler les sites de coordination de protéines telles que la sérum albumine. Ces peptidoamines sont également intéressantes du fait de leur activité antioxydante. L'étude des propriétés complexantes de ces molécules vis-à-vis du Cu(II) et du Ni(II) a permis de mettre en évidence une variété de complexes parfois très différents par leur nature et leur stabilité. À partir de ces résultats, nous avons proposé la synthèse de nouveaux tensioactifs possédant des propriétés complexantes par greffage d'un chaîne hydrophobe sur des peptides contenant l'histidine. Les têtes polaires correspondent aux pseudo-peptides peptides ß-alanyl-histidine et glycyl-glycyl-histidine. Les concentrations micellaires critiques ont été déterminées par tensiométrie et fluorimétrie et les diagrammes de phase binaires ont été tracés. Les propriétés complexantes ont été démontrées et les diagrammes de répartition de espèces ont été déterminés à partir de molécules modèles à courte chaîne hydrophobe. Enfin des tensioactifs trimodulaires ont été préparés en greffant sur les molécules précédentes une partie de type polyoxyéthylène, pour augmenter l'hydrophilie.

Compared to other structures, such as the amygdala, the lateral septum’s (LS) role in the regulation of anxiety and/or behavioural defense is relatively understudied. Thus, the overarching goal of this thesis was to further investigate its contribution to rats’ anxiety-related behaviours. In Chapter 2, we demonstrate, for the first time, that while the dorsal LS does not mediate rats’ appetitive motivation or anxiety in the novelty induced suppression of feeding (NISF) paradigm, it does modulate their defensive behaviours in the elevated plus maze (EPM) and shock probe burying tests (SPBT). In Chapter 3, we are the first to show that bilateral infusions of histamine, a neurochemical previously linked to anxiety, into the LS reduce rats’ anxiety-related behaviours in the EPM and NISF. In addition, we report a novel double dissociation between lateral septal H1 and H2, and H3 receptors in their regulation of rats’ defensive behaviours in those two paradigms. More specifically, the H1 and H2 receptors contribute to rats’ hyponeophagia in the NISF but not their open arm exploration in the EPM, while the H3 receptors modulate rats’ defensive behaviors in the EPM but not in the NISF. Finally, in Chapter 4, we report for the first time that infusions of histamine into the LS, which produce behavioural anxiolysis, increase rather than decrease the frequency of reticular-elicited hippocampal theta activity, a putative neurophysiological correlate of anxiolytic-drug action. Altogether, the data in this thesis increase our understanding of how the LS contributes to rats’ defensive behaviours and adds to the existing literature regarding the neurobiology of fear/anxiety. More importantly though, the data presented here could ultimately aid in the development of novel drugs to treat anxiety disorders in humans. / Thesis (Ph.D, Neuroscience Studies) -- Queen's University, 2013-12-17 17:27:34.014