cDNA cloning and mRNA expression of the translationally controlled tumor protein (TCTP) gene from Japanese sea perch (Lateolabrax japonicus)

A homologue of the lower vertebrates translationally controlled tumor protein (TCTP) was cloned from the marine fish Japanese sea perch (Lateolabrax japonicus) by the technology of homology cloning. The full-length cDNA sequence of the sea perch TCTP gene contained a 5' untranslated region (UTR) of 47 bp, a 3' UTR of 433 bp, and a putative open reading frame (ORF) of 510 bp encoding a polypeptide of 170 amino acids. The deduced amino acid sequence of the sea perch TCTP gene showed a high similarity to that of zebrafish, rohu, rabbit, chicken and human. Sequence analysis revealed there were a signature sequence of TCTP family, an N-glycosylation site, and five Casein kinase phosphorylation sites in the sea perch TCTP. The temporal expression of TCTP genes in healthy and lipopolysaccharide (LPS) challenged fishes was measured by semi-quantitative reverse transcription-PCR (RT-PCR). The results indicated that LPS could up-regulate the expression of sea perch TCTP in the examined tissues, including head-kidney, spleen and liver.

Cloning and structure analysis of hydrogenase gene from Chlamydomonas reinhardtii SE

The cDNA of Chlamydomonas reinhardtii SE encoding hydrogenase (HydA2) was obtained from the total RNA of C reinhardtii SE by RT-PCR. The DNA of hydrogenase was amplified by PCR from the genomic DNA of C reinhardtii SE. The cDNA and DNA of hydrogenase were sequenced, respectively. The structure of hydrogenase gene was analyzed by biology software. The open reading frame predicts that the hydrogenase is composed of 3584 bp encoding 505 amino acids in length with a predicted M.W. of 53.69 kDa. Ten exons (including 1518 bp) and nine introns (including 2066 bp) have been found in the hydrogenase, and there were two potential N-glycosylate sites, eight protein kinase C phosphorylation site, eight casein kinase H phosphorylation site and one sulphorylation in the sequence. The theory pI was 6.15. Total number of negatively charged residues (Asp + Glu) and positively charged residues (Arg + Lys) were 55 and 61, respectively. (c) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Abnormal alterations in the Ca2+/CaV1.2/calmodulin/caMKII signaling pathway in a tremor rat model and in cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+-free solution

Voltage-dependent calcium channels (VDCCs) are key elements in epileptogenesis. There are several binding-sites linked to calmodulin (CaM) and several potential CaM-dependent protein kinase II (CaMKII)-mediated phosphorylation sites in CaV1.2. The tremor rat model (TRM) exhibits absence‑like seizures from 8 weeks of age. The present study was performed to detect changes in the Ca2+/CaV1.2/CaM/CaMKII pathway in TRMs and in cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+‑free solution. The expression levels of CaV1.2, CaM and phosphorylated CaMKII (p‑CaMKII; Thr‑286) in these two models were examined using immunofluorescence and western blotting. Compared with Wistar rats, the expression levels of CaV1.2 and CaM were increased, and the expression of p‑CaMKII was decreased in the TRM hippocampus. However, the expression of the targeted proteins was reversed in the TRM temporal cortex. A significant increase in the expression of CaM and decrease in the expression of CaV1.2 were observed in the TRM cerebellum. In the cultured neuron model, p‑CaMKII and CaV1.2 were markedly decreased. In addition, neurons exhibiting co‑localized expression of CaV1.2 and CaM immunoreactivities were detected. Furthermore, intracellular calcium concentrations were increased in these two models. For the first time, o the best of our knowledge, the data of the present study suggested that abnormal alterations in the Ca2+/CaV1.2/CaM/CaMKII pathway may be involved in epileptogenesis and in the phenotypes of TRMs and cultured hippocampal neurons exposed to Mg2+‑free solution.

The role of cyclic nucleotides in modulation of crayfish neuromuscular junctions by a neuropeptide /

DF2, a heptapeptide, is a member of the family of FMRFamide-like peptides and has been shown to increase the amount of transmitter released at neuromuscular junctions of the crayfish, Procambarus clarkit Recent evidence has shown that protein kinase C (PKC), calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and the cAMPdependent protein kinase (PKA) play a role in the neuromodulatory pathway of DF2. The involvement of these kinases led to the prediction that a G-protein-coupled receptor (GPCR) is activated by DF2 due to the role that each kinase plays in traditional GPCR pathways seen in other organisms and in other cells. G-proteins can also act on an enzyme that generates cyclic guanosine monophosphate (cGMP) which mediates its effects through a cGMP-dependent protein kinase (PKG). This thesis addresses the question of whether or not DF2's effects on synaptic transmission in crayfish are mediated by the cyclic nucleotides cAMP and cGMP. The effects of DF2 on synaptic transmission were examined using deep abdominal extensor muscles of the crayfish Procambarus clarkii. An identified motor neuron was stimulated, and excitatory post-synaptic potentials (EPSPs) were recorded in abdominal extensor muscle LI . A number of activators and inhibitors were used to determine whether or not cAMP, PKA, cGMP and PKG mediate the effect of this peptide. Chemicals that are known to activate PKA (Sp-cAMPS) and/or PKG (8-pCPTcGMP) mimic and potentiate DF2's effect by increasing EPSP amplitude. Inhibitors of either PKA (Rp-cAMPS) or PKG (Rp-8-pCPT-cGMPS) block a portion of the increase in EPSP amplitude induced by the peptide. When both kinase inhibitors are applied simultaneously, the entire effect of DF2 on EPSPs is blocked. The PKG inhibitor blocks the effects of a PKG activator but does not alter the effect of a PKA activator on EPSP amplitude. Thus, the PKG inhibitor appears to be relatively specific for PKG. A trend in the data suggests that the PKA inhibitor blocks a portion of the response elicited by the PKG activator. Thus, the PKA inhibitor may be less specific for PKA. Phosphodiesterase inhibitors, which are known to inhibit the breakdown of cAMP (IBMX) and/or cGMP (mdBAMQ), potentiate the effect of the peptide. These results support the hypothesis that cAMP and cGMP, acting through their respective protein kinase enzymes, mediate the ability of DFi to increase transmitter output.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

Étude de la voie de signalisation de l’insuline chez la drosophile par une approche phosphoprotéomique

La phosphorylation est une modification post-traductionnelle modulant l’activité, la conformation ou la localisation d’une protéine et régulant divers processus. Les kinases et phosphatases sont responsables de la dynamique de phosphorylation et agissent de manière coordonnée. L’activation anormale ou la dérégulation de kinases peuvent conduire au développement de cancers ou de désordres métaboliques. Les récepteurs tyrosine kinase (RTKs) sont souvent impliqués dans des maladies et la compréhension des mécanismes régissant leur régulation permet de déterminer les effets anticipés sur leurs substrats. Dans ce contexte, le but de cette thèse est d’identifier les évènements de phosphorylation intervenant dans la voie de l’insuline chez la drosophile impliquant un RTK : le récepteur de l’insuline (InR). La cascade de phosphorylation déclenchée suite à l’activation du récepteur est conservée chez le mammifère. Afin d’étudier le phosphoprotéome de cellules S2 de drosophile, nous avons utilisé une étape d’enrichissement de phosphopeptides sur dioxyde de titane suivie de leur séparation par chromatographie liquide (LC) et mobilité ionique (FAIMS). Les phosphopeptides sont analysés par spectrométrie de masse en tandem à haute résolution. Nous avons d’abord démontré les bénéfices de l’utilisation du FAIMS comparativement à une étude conventionnelle en rapportant une augmentation de 50 % dans le nombre de phosphopeptides identifiés avec FAIMS. Cette technique permet de séparer des phosphoisomères difficilement distinguables par LC et l’acquisition de spectres MS/MS distincts où la localisation précise du phosphate est déterminée. Nous avons appliqué cette approche pour l’étude des phosphoprotéomes de cellules S2 contrôles ou traitées à l’insuline et avons identifié 32 phosphopeptides (sur 2 660 quantifiés) pour lesquels la phosphorylation est modulée. Étonnamment, 50 % des cibles régulées possèdent un site consensus pour la kinase CK2. Une stratégie d’inhibition par RNAi a été implémentée afin d’investiguer le rôle de CK2 dans la voie de l’insuline. Nous avons identifié 6 phosphoprotéines (CG30085, su(var)205, scny, protein CDV3 homolog, D1 et mu2) positivement régulées suite à l’insuline et négativement modulées après le traitement par RNAi CK2. Par essai kinase in vitro, nous avons identifié 29 cibles directes de CK2 dont 15 corrélaient avec les résultats obtenus par RNAi. Nous avons démontré que la phosphorylation de su(var)205 (S15) était modulée par l’insuline en plus d’être une cible directe de CK2 suite à l’expérience RNAi et à l’essai kinase. L’analyse des données phosphoprotéomiques a mis en évidence des phosphopeptides isomériques dont certains étaient séparables par FAIMS. Nous avons déterminé leur fréquence lors d’études à grande échelle grâce à deux algorithmes. Le script basé sur les différences de temps de rétention entre isomères a identifié 64 phosphoisomères séparés par LC chez la souris et le rat (moins de 1 % des peptides identifiés). Chez la drosophile, 117 ont été répertoriés en combinaison avec une approche ciblée impliquant des listes d’inclusion. Le second algorithme basé sur la présence d’ions caractéristiques suite à la fragmentation de formes qui co-éluent a rapporté 23 paires isomériques. L’importance de pouvoir distinguer des phosphoisomères est capitale dans le but d’associer une fonction biologique à un site de phosphorylation précis qui doit être identifié avec confiance.

Regulation of gene expression in the dinoflagellate Lingulodinium polyedrum

Les dinoflagellés sont des eucaryotes unicellulaires que l’on retrouve autant en eau douce qu’en milieu marin. Ils sont particulièrement connus pour causer des fleurs d’algues toxiques nommées ‘marée-rouge’, ainsi que pour leur symbiose avec les coraux et pour leur importante contribution à la fixation du carbone dans les océans. Au point de vue moléculaire, ils sont aussi connus pour leur caractéristiques nucléaires uniques, car on retrouve généralement une quantité immense d’ADN dans leurs chromosomes et ceux-ci sont empaquetés et condensés sous une forme cristalline liquide au lieu de nucléosomes. Les gènes encodés par le noyau sont souvent présents en multiples copies et arrangés en tandem et aucun élément de régulation transcriptionnelle, y compris la boite TATA, n’a encore été observé. L’organisation unique de la chromatine des dinoflagellés suggère que différentes stratégies sont nécessaires pour contrôler l’expression des gènes de ces organismes. Dans cette étude, j’ai abordé ce problème en utilisant le dinoflagellé photosynthétique Lingulodinium polyedrum comme modèle. L. polyedrum est d’un intérêt particulier, car il a plusieurs rythmes circadiens (journalier). À ce jour, toutes les études sur l’expression des gènes lors des changements circadiens ont démontrées une régulation à un niveau traductionnel. Pour mes recherches, j’ai utilisé les approches transcriptomique, protéomique et phosphoprotéomique ainsi que des études biochimiques pour donner un aperçu de la mécanique de la régulation des gènes des dinoflagellés, ceci en mettant l’accent sur l’importance de la phosphorylation du système circadien de L. polyedrum. L’absence des protéines histones et des nucléosomes est une particularité des dinoflagellés. En utilisant la technologie RNA-Seq, j’ai trouvé des séquences complètes encodant des histones et des enzymes modifiant les histones. L polyedrum exprime donc des séquences conservées codantes pour les histones, mais le niveau d’expression protéique est plus faible que les limites de détection par immunodétection de type Western. Les données de séquençage RNA-Seq ont également été utilisées pour générer un transcriptome, qui est une liste des gènes exprimés par L. polyedrum. Une recherche par homologie de séquences a d’abord été effectuée pour classifier les transcrits en diverses catégories (Gene Ontology; GO). Cette analyse a révélé une faible abondance des facteurs de transcription et une surprenante prédominance, parmi ceux-ci, des séquences à domaine Cold Shock. Chez L. polyedrum, plusieurs gènes sont répétés en tandem. Un alignement des séquences obtenues par RNA-Seq avec les copies génomiques de gènes organisés en tandem a été réalisé pour examiner la présence de transcrits polycistroniques, une hypothèse formulée pour expliquer le manque d’élément promoteur dans la région intergénique de la séquence de ces gènes. Cette analyse a également démontré une très haute conservation des séquences codantes des gènes organisés en tandem. Le transcriptome a également été utilisé pour aider à l’identification de protéines après leur séquençage par spectrométrie de masse, et une fraction enrichie en phosphoprotéines a été déterminée comme particulièrement bien adapté aux approches d’analyse à haut débit. La comparaison des phosphoprotéomes provenant de deux périodes différentes de la journée a révélée qu’une grande partie des protéines pour lesquelles l’état de phosphorylation varie avec le temps est reliées aux catégories de liaison à l’ARN et de la traduction. Le transcriptome a aussi été utilisé pour définir le spectre des kinases présentes chez L. polyedrum, qui a ensuite été utilisé pour classifier les différents peptides phosphorylés qui sont potentiellement les cibles de ces kinases. Plusieurs peptides identifiés comme étant phosphorylés par la Casein Kinase 2 (CK2), une kinase connue pour être impliquée dans l’horloge circadienne des eucaryotes, proviennent de diverses protéines de liaison à l’ARN. Pour évaluer la possibilité que quelques-unes des multiples protéines à domaine Cold Shock identifiées dans le transcriptome puissent moduler l’expression des gènes de L. polyedrum, tel qu’observé chez plusieurs autres systèmes procaryotiques et eucaryotiques, la réponse des cellules à des températures froides a été examinée. Les températures froides ont permis d’induire rapidement un enkystement, condition dans laquelle ces cellules deviennent métaboliquement inactives afin de résister aux conditions environnementales défavorables. Les changements dans le profil des phosphoprotéines seraient le facteur majeur causant la formation de kystes. Les phosphosites prédits pour être phosphorylés par la CK2 sont la classe la plus fortement réduite dans les kystes, une découverte intéressante, car le rythme de la bioluminescence confirme que l’horloge a été arrêtée dans le kyste.

Relation entre CaMKII et les dynamiques calciques endothéliales : impact de l'hypertension arterielle.

L’endothélium vasculaire joue un rôle prépondérant dans la régulation du tonus vasculaire en générant l’oxyde nitrique (NO), la prostacycline (PGI2) et les facteurs hyperpolarisants dérivés de l’endothélium (EDHF) comme puissants vasodilatateurs. Ces mécanismes requièrent le calcium (Ca2+) à divers niveaux, démontrant l’importance des dynamiques calciques endothéliales. Une perturbation de l’homéostasie calcique est observée dans une dysfonction endothéliale liée à l’hypertension artérielle. Il est impératif d’approfondir nos connaissances sur les signalisations calciques endothéliales impliquées dans le contrôle du tonus vasculaire. Des études récentes ont montré qu’une variation locale de la concentration en Ca2+ libre intracellulaire ([Ca2+]i) est suffisante pour générer une réponse physiologique importante. Les pulsars calciques sont caractérisés par une augmentation de [Ca2+]i spontanée et transitoire spécifiquement localisée au niveau des projections myoendothéliales (PMEs). Ces PMEs sont des sites de communication privilégiés entre les cellules endothéliales (CEs) et les cellules musculaires lisses vasculaires (CMLVs). Les pulsars calciques sont impliqués dans le mécanisme de l’EDHF via l’activation des canaux potassiques Ca2+-dépendant de moyenne conductance (KCa3.1 ou IKCa). Les travaux de cette thèse visent à améliorer nos connaissances sur les signalisations calciques locales en caractérisant une nouvelle voie de signalisation pouvant être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Outre les canaux KCa3.1 peu d’informations sont disponibles sur les cibles sensibles aux pulsars calciques. Une première étude a permis d’identifier la protéine kinase II dépendante du complexe Ca2+/calmoduline (CaMKII) sous ses isoformes α, β et δ dans les CEs d’artères natives de souris comme une cible pouvant être modulée par les pulsars calciques. Des études en immunofluorescence ont permis d’observer la localisation particulière de CaMKII endothéliale dans les PMEs, les sites des pulsars calciques. Une stimulation spécifique des pulsars calciques par la phényléphrine (PE) engendre un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Sachant que CaMKII active l’oxyde nitrique synthase endothéliale (NOS3), nous avons évalué l’impact d’une stimulation des pulsars calciques sur la production de NO en présence d’un inhibiteur de CaMKII, le KN-93. Nous avons démontré que la production de NO est en partie dépendante de l’activation de CaMKII par les pulsars calciques. En utilisant un modèle d’hypertension induite par l’infusion chronique de PE, nous avons permis de mettre en évidence une perturbation dans la relation entre les pulsars calciques et CaMKII. Dans une seconde étude nous avons établi deux modèles (normo- et hypertendus) d’infusion chronique à l’angiotensine II (AngII) afin évaluer l’impact des ROS et de l’hypertension sur la voie de signalisation pulsars/CaMKII/NO. Nos résultats ont montré une augmentation des pulsars calciques accompagnée d’un recrutement de CaMKII dans les PMEs. Une stimulation aigue à l’AngII suggère que les ROS modulent les dynamiques calciques et que l’AngII stimule la production de NO. Cette étude propose que ces voies de signalisations impliquent les récepteurs de type 1 et 2 à l’AngII (AT1 et AT2). L’étude des pulsars calciques dépend fortement de la structure native des artères qui permet de conserver la formation des PMEs. La dernière étude présentée dans cette thèse a permis d’établir une relation entre les PMEs et les pulsars calciques dans trois lits vasculaires distincts (artères mésentériques, pulmonaires et coronariennes). Nos résultats ont montré que les paramètres cinétiques des pulsars calciques sont fortement conservés entre les différents lits vasculaires. Toutefois, la fréquence globale ainsi que le nombre de sites actifs des pulsars calciques diffèrent avec une proportion plus élevée dans les artères mésentériques et coronariennes comparativement aux artères pulmonaires. Ces résultats corrèlent avec le nombre plus élevé de PMEs retrouvé dans les artères mésentériques et coronariennes. Ces travaux suggèrent que les pulsars calciques sont fondamentaux pour les artères de résistance. Les études de cette thèse ont mené à l’identification d’une nouvelle voie de signalisation impliquant les pulsars calciques et CaMKII endothéliale dans la stimulation de la production de NO. Cette nouvelle voie de signalisation pourrait être impliquée dans la régulation du tonus vasculaire en condition physiopathologique. Les pulsars calciques semblent être fortement conservés entre les différentes artères de résistances et ce malgré la disparité dans les PMEs, suggérant un rôle prépondérant dans la fonction vasculaire. Ces travaux ouvrent une avenue pour le développement de potentielles cibles thérapeutiques pouvant contrer la dysfonction endothéliale associée à l’hypertension artérielle.

Nerve terminal GABAA receptors activate Ca2+/calmodulin-dependent signaling to inhibit voltage-gated Ca2+ influx and glutamate release

-Aminobutyric acid type A (GABAA) receptors, a family of Cl-permeable ion channels, mediate fast synaptic inhibition as postsynaptically enriched receptors for -aminobutyric acid at GABAergic synapses. Here we describe an alternative type of inhibition mediated byGABAA receptors present on neocortical glutamatergic nerve terminals and examine the underlying signaling mechanism(s). By monitoring the activity of the presynaptic CaM kinase II/synapsin I signaling pathway in isolated nerve terminals, we demonstrate that GABAA receptor activation correlated with an increase in basal intraterminal [Ca2]i. Interestingly, this activation of GABAA receptors resulted in a reduction of subsequent depolarization-evoked Ca2 influx, which thereby led to an inhibition of glutamate release. To investigate how the observed GABAA receptor-mediated modulation operates, we determined the sensitivity of this process to the Na-K-2Cl cotransporter 1 antagonist bumetanide, as well as substitution of Ca2 with Ba2, or Ca2/calmodulin inhibition by W7. All of these treatments abolished the modulation by GABAA receptors. Application of selective antagonists of voltage-gated Ca2 channels (VGCCs) revealed that the GABAA receptor-mediated modulation of glutamate release required the specific activity of L- and R-type VGCCs. Crucially, the inhibition of release by these receptors was abolished in terminals isolated from R-type VGCC knock-out mice. Together, our results indicate that a functional coupling between nerve terminal GABAA receptors and L- or R-type VGCCs is mediated by Ca2/calmodulin-dependent signaling. This mechanism provides a GABA-mediated control of glutamatergic synaptic activity by a direct inhibition of glutamate release.

Eag 1, Eag 2 and Kcnn3 gene brain expression of isolated reared rats

The Eag1 and Eag2, voltage-dependent potassium channels, and the small-conductance calcium-activated potassium channel (Kcnn3) are highly expressed in limbic regions of the brain, where their function is still unknown. Eag1 co-localizes with tyrosine hydroxilase enzyme in the substantia nigra and ventral tegmental area. Kcnn3 deficiency leads to enhanced serotonergic and dopaminergic neurotransmission accompanied by distinct alterations in emotional behaviors. As exposure to stress is able to change the expression and function of several ion channels, suggesting that they might be involved in the consequences of stress, we aimed at investigating Eag 1, Eag2 and Kcnn3 mRNA expression in the brains of rats submitted to isolation rearing. As the long-lasting alterations in emotional and behavioral regulation after stress have been related to changes in serotonergic neurotransmission, expressions of serotonin Htr1a and Htr2a receptors in male Wistar rats` brain were also investigated. Rats were reared in isolation or in groups of five for nine weeks after weaning. Isolated and socially reared rats were tested for exploratory activity in the open field test for 5 min and brains were processed for reverse-transcription coupled to quantitative polymerase chain reaction (qRT-PCR). Isolated reared rats showed decreased exploratory activity in the open field. Compared to socially reared rats, isolated rats showed reduced Htr2a mRNA expression in the striatum and brainstem and reduced Eag2 mRNA expression in all examined regions except cerebellum. To our knowledge, this is the first work to show that isolation rearing can change Eag2 gene expression in the brain. The involvement of this channel in stress-related behaviors is discussed.

Glucocorticoids in Vivo Induce Both Insulin Hypersecretion and Enhanced Glucose Sensitivity of Stimulus-Secretion Coupling in Isolated Rat Islets

Although glucocorticoids are widely used as antiinflammatory agents in clinical therapies, they may cause serious side effects that include insulin resistance and hyperinsulinemia. To study the potential functional adaptations of the islet of Langerhans to in vivo glucocorticoid treatment, adult Wistar rats received dexamethasone (DEX) for 5 consecutive days, whereas controls (CTL) received only saline. The analysis of insulin release in freshly isolated islets showed an enhanced secretion in response to glucose in DEX-treated rats. The study of Ca(2+) signals by fluorescence microscopy also demonstrated a higher response to glucose in islets from DEX-treated animals. However, no differences in Ca(2+) signals were found between both groups with tolbutamide or KCl, indicating that the alterations were probably related to metabolism. Thus, mitochondrial function was explored by monitoring oxidation of nicotinamide dinucleotide phosphate autofluorescence and mitochondrial membrane potential. Both parameters revealed a higher response to glucose in islets from DEX-treated rats. The mRNA and protein content of glucose transporter-2, glucokinase, and pyruvate kinase was similar in both groups, indicating that changes in these proteins were probably not involved in the increased mitochondrial function. Additionally, we explored the status of Ca(2+)-dependent signaling kinases. Unlike calmodulin kinase II, we found an augmented phosphorylation level of protein kinase C alpha as well as an increased response of the phospholipase C/inositol 1,4,5-triphosphate pathway in DEX-treated rats. Finally, an increased number of docked secretory granules were observed in the beta-cells of DEX animals using transmission electron microscopy. Thus, these results demonstrate that islets from glucocorticoid-treated rats develop several adaptations that lead to an enhanced stimulus-secretion coupling and secretory capacity. (Endocrinology 151: 85-95, 2010)

Studies of the human lymphocyte P2Z receptor and its activation of phospholipase D

Extracellular adenosine 5′-triphosphate (ATP) is an agonist for the P2Z receptor of human leukaemic lymphocytes and opens a Ca ²⁺-selective ion channel, which also conducts Ba²⁺, Sr²⁺ and the small fluorescent dye, ethidium⁺. A wide range of receptor agonists, many of which raise cytosolic [Ca²⁺] activate phospholipase D (PLD). In the present study, it was shown that both ATP and 3′-O-(4-benzoylbenzoyl)-ATP (BzATP) stimulated PLD activity in a concentration-dependent manner, and the inhibitory effects of suramin, oxidised ATP, extracellular Na⁺ and Mg²⁺ suggested that the effect of these agonists is mediated by P2Z receptors. The role of divalent cations in ATP-stimulated PLD activity was investigated. Several agonists (eg ATP, thapsigargin, ionomycin) stimulated a rise in cytosolic [Ca²⁺] in human lymphocytes, but only ATP and ionomycin stimulated PLD activity. When Ca²⁺ influx was prevented by EGTA, the majority of ATP-stimulated and all of ionomycin-stimulated PLD activity was inhibited. Preloading cells with the Ca²⁺ chelator, BAPTA, reduced cytosolic [Ca²⁺] and, paradoxically, ATP-stimulated PLD activity was potentiated. ATP-stimulated PLD activity was supported by both Ba²⁺ and Sr²⁺ when they were substituted for extracellular Ca²⁺. Furthermore, both ATP-stimulated PLD activity and ATP-stimulated ¹³³Ba²⁺ influx showed a linear dependence on extracellular [Ba²⁺]. Thus it was concluded that ATP stimulated PLD activity in direct proportion to the influx of divalent cations through the P2Z ion channel and this PLD activity was insensitive to changes in bulk cytosolic [Ca²⁺]. The calmodulin (Ca²⁺/CaM) inhibitor, trifluoperazine (TFP) inhibited ionomycin- and ATP-stimulated PLD activity and ATP-stimulated apoptosis, but had no effect on PLD activity already activated by ATP. However, TFP inhibited ATP-stimulated Ca²⁺, Ba²⁺ and ethidium⁺ fluxes, at concentrations below those which inhibit Ca²⁺/CaM, suggesting that TFP inhibits the P2Z receptor. Similarly, the isoquinolinesulphonamide, KN-62, a selective inhibitor of Ca²⁺/CaM-dependent protein kinase II (CaMKII), also prevented ATP-stimulated apoptosis, but had no effect on pre-activated PLD. In addition, KN-62, and an analogue, KN-04, which has no effect on CaMKII, potently inhibited ATP-stimulated Ba²⁺ influx (IC₅₀ 12.7 ± 1.5 and 17.3 ± 2.7 nM, respectively), ATP-stimulated ethidium⁺ uptake (IC₅₀ 13.1 ± 2.6 and 37.2 ± 8.9 nM, respectively), ATP-stimulated phospholipase D activity (50% inhibition 5.9 ± 1.2 and 9.7 ± 2.8 nM, respectively) and ATP-induced shedding of the surface adhesion molecule, L-selectin (IC₅₀ 31.5 ± 4.5 and 78.7 ± 10.8 nM, respectively). They did not inhibit phorbol ester- or ionomycin-stimulated PLD activity or phorbol ester-induced L-selectin shedding. Neither KN-62 nor KN-04 (both 500 nM) have any effect on UTP-stimulated Ca²⁺ transients in fura-2-loaded human neutrophils, a response which is mediated by the P2Y₂ receptor, neither did they inhibit ATP-stimulated contractile responses mediated by the P2X₁ receptor of guinea pig urinary bladder. Thus, KN-62 and KN-04 are almost equipotent as P2Z inhibitors with IC₅₀s in the nanomolar, indicating that their actions cannot be due to CaMKII inhibition, but rather that they are potent and direct inhibitors of the P2Z receptor. Extracellular ATP-induced shedding of L-selectin from lymphocytes into the medium is a Ca²⁺-independent response. L-selectin is either cleaved by a metalloproteinase or a PLD with specificity for glycosylphosphatidylinositol (GPI). The novel hydroxamic acid-based zinc chelator, Ro-31-9790 blocks ATP-induced L-selectin shedding, but was without effect on ATP-induced Ba²⁺ influx or ATP-stimulated PLD activity. Furthermore, another zinc chelator, 1,10-phenanthroline, an inhibitor of a GPI-PLD, potentiated rather than inhibited ATP-stimulated PLD activity, suggesting that ATP-induced L-selectin shedding and ATP-stimulated PLD activity are independent of each other. Although extracellular ATP is the natural ligand for the lymphocyte P2Z receptor, it is less potent than BzATP in stimulating Ba²⁺ influx. Concentration-response curves for BzATP- and ATP-stimulated ethidium⁺ influx gave EC₅₀s 15.4 ± 1.4 µM and 85.6 ± 8.8 µM, respectively. The maximal response to ATP was only 69.8 ± 1.9% of that for BzATP. Hill coefficients were 3.17 ± 0.24 and 2.09 ± 0.45 for BzATP and ATP respectively, suggesting greater positive cooperativity for BzATP than for ATP in opening the P2Z-operated ion channel. A rank order of agonist potency of BzATP > ATP = 2MeSATP > ATPγS was observed for agonist-stimulated ethidium⁺ influx, while maximal influxes followed a rank order of BzATP > ATP > 2MeSATP > ATPγS. When ATP (300 -1000 µM) was added simultaneously with 30 µM BzATP (EC₉₀), it reduced both ethidium⁺ and Ba²⁺ fluxes by 30 - 40% relative to values observed with BzATP alone. KN-62, previously shown to be a specific inhibitor of the lymphocyte P2Z receptor, was a less potent antagonist of BzATP-induced fluxes than ATP, when maximal concentrations of both agonists (50 and 500 µM respectively) were used. However, when BzATP (18 µM) was used at a concentration equiactive with a maximally effective ATP concentration, KN-62 showed the same inhibitory potency for both agonists. The ecto-ATPase antagonist, ARL-67156, inhibited both ATP- and BzATP-stimulated Ba²⁺ influx, suggesting that the lower efficacy of ATP compared with BzATP was not due to preferential hydrolysis of ATP. Thus, the natural ligand, ATP, is a partial agonist for the P2Z receptor while BzATP is a full agonist. Moreover the competitive studies show that only a single class of P2-receptor (P2Z class) is expressed on human leukaemic lymphocytes. Both ATP- and BzATP-stimulated PLD activity were significantly inhibited (P < 0.05) when cells were suspended in iso-osmotic choline Cl medium. Choline⁺ was found to be a permeant for the P2Z ion channel, since ATP induced a large uptake of [¹⁴C]choline⁺ (60 to 150 µmol/ml intracellular water) during a 5 min incubation, which remained in the cells for several hours, and ATP was used to load cells with these levels of choline⁺. Intracellular choline⁺ inhibited ATP-, BzATP-, PMA- and ionomycin-stimulated PLD activity. Brief exposure of lymphocytes to ATP increased the subsequent basal rate of ethidium⁺ uptake, and this was prevented by intracellular choline⁺. It is proposed that P2Z-mediated Ca²⁺ influx in lymphocytes activates PLD leading to significantly changes of the phospholipid composition of the plasma membrane, which subsequently produces a permeability lesion, which in turn contributes to cell death.

Exercise-induced histone modifications in human skeletal muscle

Skeletal muscle adaptations to exercise confer many of the health benefits of physical activity and occur partly through alterations in skeletal muscle gene expression. The exact mechanisms mediating altered skeletal muscle gene expression in response to exercise are unknown. However, in recent years, chromatin remodelling through epigenetic histone modifications has emerged as a key regulatory mechanism controlling gene expression in general. The purpose of this study was to examine the effect of exercise on global histone modifications that mediate chromatin remodelling and transcriptional activation in human skeletal muscle in response to exercise. In addition, we sought to examine the signalling mechanisms regulating these processes. Following 60 min of cycling, global histone 3 acetylation at lysine 9 and 14, a modification associated with transcriptional initiation, was unchanged from basal levels, but was increased at lysine 36, a site associated with transcriptional elongation. We examined the regulation of the class IIa histone deacetylases (HDACs), which are enzymes that suppress histone acetylation and have been implicated in the adaptations to exercise. While we found no evidence of proteasomal degradation of the class IIa HDACs, we found that HDAC4 and 5 were exported from the nucleus during exercise, thereby removing their transcriptional repressive function. We also observed activation of the AMP-activated protein kinase (AMPK) and the calcium–calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) in response to exercise, which are two kinases that induce phosphorylation-dependent class IIa HDAC nuclear export. These data delineate a signalling pathway that might mediate skeletal muscle adaptations in response to exercise.

Tamoxifen down-regulates CaMKII messenger RNA levels in normal human breast tissue

Tamoxifen was proven to reduce the incidence of breast cancer by 49% in women at increased risk of the disease in the Breast Cancer Prevention Trial. In order to identify potential candidates to explain the preventive effect induced by tamoxifen on breast cancer, normal breast tissue obtained from 42 fibroadenoma patients, randomly assigned to receive placebo or tamoxifen, was analyzed by the reverse Northern blot and RT-PCR techniques. The cDNA fragments used on Northern blot membranes were generated by the Human Cancer Genome Project funded by the Ludwig Institute for Cancer Research and FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo, Brazil). Total RNA was obtained from normal breast tissue from patients with clinical, cytological and ultrasound diagnosis of fibroadenoma. After a 50-day treatment with tamoxifen (10 or 20 mg/day) or placebo, normal breast tissue adjacent to the tumor was collected during lumpectomy with local anesthesia. One differentially expressed gene, Calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII), was found to be down-regulated during TAM treatment. CaMKII is an ubiquitous serine/threonine protein kinase that has been implicated in the diverse effects of hormones utilizing Ca2+ as a second messenger as well as in c-fos activation. These results indicate that the down-regulation of CaMKII induced by TAM might represent alternative or additional mechanisms of the action of this drug on cell cycle control and response to hormones in normal human breast tissue.

Glucocorticoids in vivo induce both insulin hypersecretion and enhanced glucose sensitivity of stimulus-secretion coupling in isolated rat islets

Although glucocorticoids are widely used as antiinflammatory agents in clinical therapies, they may cause serious side effects that include insulin resistance and hyperinsulinemia. To study the potential functional adaptations of the islet of Langerhans to in vivo glucocorticoid treatment, adult Wistar rats received dexamethasone (DEX) for 5 consecutive days, whereas controls (CTL) received only saline. The analysis of insulin release in freshly isolated islets showed an enhanced secretion in response to glucose in DEX-treated rats. The study of Ca2 2+ signals by fluorescence microscopy also demonstrated a higher response to glucose in islets from DEX-treated animals. However, no differences in Ca2 2+signals were found between both groups with tolbutamide or KCl, indicating that the alterations were probably related to metabolism. Thus, mitochondrial function was explored by monitoring oxidation of nicotinamide dinucleotide phosphate autofluorescence and mitochondrial membrane potential. Both parameters revealed a higher response to glucose in islets from DEX-treated rats. The mRNA and protein content of glucose transporter-2, glucokinase, and pyruvate kinase was similar in both groups, indicating that changes in these proteins were probably not involved in the increased mitochondrial function. Additionally,weexplored the status of Ca2 2+-dependent signaling kinases. Unlike calmodulin kinase II, we found an augmented phosphorylation level of protein kinase Cα as well as an increased response of the phospholipase C/inositol 1,4,5-triphosphate pathway in DEX-treated rats. Finally, an increased number of docked secretory granules were observed in the β-cells of DEX animals using transmission electron microscopy. Thus, these results demonstrate that islets from glucocorticoid-treated rats develop several adaptations that lead to an enhanced stimulus-secretion coupling and secretory capacity. Copyright © 2010 by The Endocrine Society.