Étude des voies de signalisation en amont et en aval de la petite GTPase Rac1

Les évènements moléculaires en amont et en aval de la petite GTPase Rac1 menant à la migration cellulaire sont encore mal compris. La première partie du projet consiste à utiliser une approche protéomique non-biaisée pour tenter d’identifier les partenaires de Rac. Pour ce faire, nous avons développé une méthode de purification efficace et rapide de manière à maintenir les complexes protéiques transitoires intacts. Dans un deuxième temps, nous avons identifié des sites de phosphorylation sur la RacGEF atypique Dock5 en aval des intégrines. Afin de mieux comprendre le rôle de la phosphorylation de cette protéine, nous avons criblé une banque de kinases ce qui nous a permis d’identifier 14 kinases pouvant phosphoryler la région PXXP de Dock5. D’après nos résultats, ceci aurait comme effet de diminuer l’interaction entre Dock5 et ses partenaires contenant des domaines SH3. Ainsi, la phosphorylation de Dock5 régulerait la formation de complexes et le recrutement de Dock5 par des protéines adaptatrices.

Le rôle biologique de l’interaction du CD40L avec l’intégrine α5β1 des lymphocytes T.

Le CD40 ligand (CD40L) est un régulateur important de la réponse immunitaire et un contributeur clé dans les maladies auto-immunes. Nous avons rapporté précédemment que le CD40L se liait à l’intégrine α5β1, toutefois, les conséquences fonctionnelles de cette interaction demeurent inconnues. Les lymphocytes T sont au centre de la pathogénèse des maladies auto-immunes. Ils expriment, lors de celles-ci, des quantités aberrantes d’intégrines β1 faisant en sorte que la liaison CD40L/α5β1 pourrait être d’une haute importance dans les réponses inflammatoires. Dans cette étude, nous avons démontré que la forme soluble du CD40L (sCD40L) se liait aux lymphocytes T primaires ainsi qu’aux cellules Jurkat E6.1 et ce, dépendamment de l’intégrine α5β1. L’interaction du CD40L avec l’α5β1 lymphocytaire a induit l’activation des voies anti-apoptotiques dont les MAPKs (les protéines kinases mitogène activée) et les PI3 kinases (PI3K). La liaison du sCD40L à l’α5β1 n’a pas induit son changement structural ni son adhésion à la FN (fibronectine). Ceci pourrait avoir des conséquences directes sur la survie des cellules T lors de la progression des maladies inflammatoires. Ces résultats soulignent l’impact de l’interaction CD40L/α5β1 sur la fonction biologique des lymphocytes T et ils pourraient expliquer leur survie et leur persistance au niveau des sites d’inflammations durant les maladies auto- immunes.

Le fragment LG3 du perlécan : un nouveau régulateur de remodelage vasculaire en transplantation

L’apoptose endothéliale initie le processus menant au remodelage vasculaire et au développement de la néointima dans la vasculopathie du greffon. La formation de néointima résulte de l’accumulation de leucocytes, de matrice extracellulaire et de cellules positives pour l’actine musculaire lisse alpha (αSMA+) dans l’intima des artères, artérioles et capillaires du greffon. Les cellules αSMA+ dans la néointima sont des cellules musculaires lisses vasculaires (CMLV) dérivées du donneur ainsi que des cellules souches dérivées du receveur, dont des cellules souches mésenchymateuses (CSM). L’acquisition d’un phénotype anti-apoptotique chez ces cellules est déterminante pour le développement de la néointima. Le laboratoire de Dre Hébert a démontré que les cellules endothéliales (CE) apoptotiques libèrent des médiateurs induisant une résistance à l’apoptose chez les CMLV et les fibroblastes. Notamment, les CE apoptotiques relâchent la cathepsine L qui clive le perlécan et ainsi libère un fragment C-terminal correspondant au troisième motif laminine G du domaine V du perlécan (LG3). Le LG3 est anti-apoptotique pour les fibroblastes. Nous avons donc émis l’hypothèse que le LG3 est un des médiateurs clés libéré par les CE apoptotiques favorisant le développement de la néointima via l’induction d’un phénotype anti-apoptotique chez les cellules néointimales αSMA+. Nous avons démontré que les médiateurs libérés par les CE apoptotiques induisent un phénotype anti-apoptotique chez les CSM dépendant de l’activation de la voie ERK1/2. De plus, le LG3 active la voie ERK1/2 via son interaction avec les intégrines beta 1 et induit une réponse anti-apoptotique chez ces cellules. Cependant l’activation de ERK1/2 par le LG3 est plus faible en comparaison de son activation par le milieu conditionné par des CE apoptotiques. Nos résultats suggèrent que les CE apoptotiques libèrent aussi de l’EGF qui agit de façon paracrine sur les CSM en coopération avec le LG3 pour induire un phénotype anti-apoptotique chez les CSM. Nous avons poursuivi l’étude de l’effet du LG3 in vivo sur le remodelage vasculaire en transplantation. Nous avons pour cela développé un modèle murin de rejet vasculaire qui consiste en une transplantation aortique entre des souris alloincompatibles. Nous avons ensuite injecté du LG3 chez les souris receveuses en post-transplantation. Nous avons observé dans ce modèle que des niveaux augmentés de LG3 sérique augmentent la formation de néointima, favorisent l’accumulation de cellules néointimales αSMA+ et diminuent le nombre de cellules CD31+ au niveau du greffon aortique. Parallèlement nous avons vérifié que le LG3 induit aussi un phénotype anti-apoptotique chez les CMLV et nous avons démontré un nouvel effet du LG3, soit une activité pro-migratoire, qui dépend de l’activation de la voie ERK1/2 chez les CMLV. Nous avons complété cette étude par l’analyse des niveaux de LG3 sérique dans une cohorte de patients receveurs d’allogreffe rénale. Nous avons observé chez ces patients, une association entre des niveaux élevés de LG3 sérique et un rejet vasculaire. Le LG3 contribue à la formation de néointima par son activité pro-migratoire et pro-survie chez les cellules néointimales et aussi de par son activité angiostatique. Nos résultats suggèrent que le LG3 est un nouveau médiateur important dans le remodelage vasculaire en transplantation

Exploration du rôle du fragment LG3 sur les cellules souches mésenchymateuses dans le contexte du rejet vasculaire

La vasculopathie du greffon est une pathologie caractérisée par un rétrécissement progressif et oblitérant des vaisseaux sanguins menant à une ischémie et une perte de fonction du greffon. Le rétrécissement vasculaire est dû à une accumulation de matrice extracellulaire (MEC) et de cellules mononuclées positives pour l’actine musculaire lisse alpha (alphaSMA) dont les cellules souches mésenchymateuses, le tout formant une néointima oblitérante. Cette pathologie est la cause principale de la perte des greffons rénaux et cardiaques à long terme. Le rejet vasculaire aigu est un prédicteur de la vasculopathie du greffon. L’équipe du Dr Hébert a démontré que l’apoptose endothéliale, qui joue un rôle important dans le développement du rejet vasculaire, initie la libération de LG3, un fragment du protéoglycan perlécan. Les taux sanguins et urinaires de LG3 sont augmentés chez les receveurs d’allogreffe rénale avec rejet vasculaire et vasculopathie du greffon. Les résultats obtenus en laboratoire durant ma maîtrise ont permis de mieux caractériser l’impact du LG3 sur un type cellulaire important participant à la formation de néointima : les cellules souches mésenchymateuses. Mes travaux ont démontré que le LG3 induit à la fois la migration horizontale des MSC et la transmigration des MSC. Cette migration est dépendante de la voie de signalisation d’ERK1/2, précédemment identifiée comme voie centrale dans la formation de néointima. De plus, nos résultats démontrent que la kinase Src est activée en amont de l’activation de la voie MAPK. La migration horizontale et la transmigration induites par le LG3 sont aussi dépendantes des intégrines alpha2beta1, ainsi que l’activation de la voie MAPK. Dans un modèle de transplantation murin, nous avons également démontré que l’injection sérique de LG3 recombinant favorise l’accumulation de cellules positives pour alphaSMA dans la néointima. En outre, lorsque le receveur est déficient pour l’intégrine alpha2, mais que le greffon est sauvage, la formation de néointima induite par l’injection de LG3 est diminuée dans le greffon suggérant que les cellules du receveur jouent un rôle important dans la formation de la néointima. Enfin, nous avons démontré que l’injection de LG3 augmente aussi le nombre de cellules positives pour la forme phosphorylée d’ERK1/2 (p-ERK1/2) dans la néointima du greffon et que cette accumulation est dépendante de la présence des intégrines 2 1 chez les cellules du receveur.Lorsque le receveur est sauvage, il y a une augmentation du nombre de cellules positives pour p-ERK1/2. L’investigation de ces mécanismes dans le remodelage vasculaire expose de nouvelles opportunités pour inhiber la réponse cellulaire qui mène au remodelage inadapté lors d’un dommage vasculaire chronique et ainsi prolonger la survie du greffon.

Empéripolèse des cellules de lymphomes humains Ramos par les fibroblastes.

Le fichier vidéo en format .avi accompagne mon document et correspond à l'annexe II. C'est une vidéomicroscopie dont la légende est mise en annexe II.

Déterminants moléculaires de la scoliose idiopathique de l'adolescent

La scoliose est la déformation de la colonne vertébrale la plus répandue. Elle atteint 3 à 4% de la population pédiatrique et dans 85% des cas, aucune cause n’a été identifiée. Ces cas sont appelés idiopathiques et les symptômes apparaissent durant la puberté; d’où le terme de ‘scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA). Cette pathologie atteint le plus souvent les jeunes filles, en nombre et en sévérité. Ces dernières années, plusieurs hypothèses ont été proposées afin d’élucider l’étiologie de cette pathologie. Celles-ci ont mis de l’avant différents facteurs génétiques, biochimiques, mécaniques, neurologiques, musculaires ou hormonaux. Plusieurs études ont rapporté des formes familiales de scoliose, soutenant la thèse d’une prédisposition génétique. Nous avons démontré que les patients souffrant de SIA présentent un défaut de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi et un taux élevé d’ostéopontine (OPN) circulante. En utilisant une approche de type ‘gène candidat’, nous avons montré que la protéine tyrosine phosphatase μ (PTPμ) régule l’activité du complexe d’intégrines α5/β1 (récepteur de l’OPN) via la protéine kinase PIPKIγ. Dans ce but, nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de biopsies de patients et de cas traumatiques comme sujets contrôles. Les biopsies osseuses de patients ont été obtenues lors de l’intervention chirurgicale à partir des vertèbres T3 à L4, selon les différentes procédures. Les biopsies issues de cas traumatiques proviennent d’autres types d’os (tibia, crête iliaque, fémur). Les profils d’expression du gène PTPRM (codant pour la protéine PTPμ) ont été étudiés par PCR quantitative (qPCR). Les taux de protéines PTPμ ont été analysés par immunoprécipitation suivi d’un western blot. Pour évaluer le rôle de cette protéine, nous avons bénéficié d’un modèle murin. Machida et al. ont démontré qu’il existe un taux plus élevé de scoliose parmi les souris C57Bl/6 bipèdes obtenues suite à l’amputation des membres supérieurs, sous anesthésie, cinq semaines après la naissance. Nous avons utilisé des cultures primaires d’ostéoblastes issues de la colonne ii vertébrale de souris C57Bl/6 bipèdes, délétées du gène PTPRM (souris dites ‘KO’), afin d’évaluer le niveau de signalisation cellulaire spécifique des protéines Gi par un test fonctionnel: la technique de spectroscopie cellulaire di-électrique (SCD). Selon nos données, 85% des souris bipédales ‘KO’ pour le géne PTPRM développent une scoliose (modérée à sévère) contre 55% des souris contrôles C57Bl6 bipèdes. De plus, les niveaux de PTPμ exprimée par les ostéoblastes de 34 patients SIA se trouvent diminués par comparaison à 17 sujets contrôles. Nos études de souris bipèdes ont montré que l’inactivation du gène PTPRM augmente l’incidence et la sévérité de la scoliose, sans pour autant affecter les taux circulant d’OPN ou l’expression de ses récepteurs. Par ailleurs, dans ce même contexte, nous avons remarqué une augmentation de l’interaction entre l’OPN et l’intégrine β1 en l’absence du gène PTPRM. Les cellules issues de ces souris bipèdes KO montrent une réduction dans leurs niveaux de signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi après stimulation par l’OPN. Cette diminution est en grande partie récupérée après traitement des cellules par un siRNA spécifique de la protéine PIPK1γ, substrat de PTPμ qui favorise la fixation de ligands aux intégrines. Ces études apportent les premières indications que la perte d’expression de PTPμ est impliquée dans le développement de la SIA, en amplifiant probablement l’effet inhibiteur de l’OPN sur la signalisation cellulaire médiée par les protéines Gi. Ces études permettent une meilleure compréhension de l’étiologie de la SIA. Elles pourraient avoir une contribution importante dans le développement futur de méthodes diagnostique et thérapeuthique dans le but d'arrete l’apparition et l’évolution de la maladie chez les enfants atteints.

Functional studies of the deubiquitinating enzymes USP19, USP4 and UCH-L1

El marcaje de proteínas con ubiquitina, conocido como ubiquitinación, cumple diferentes funciones que incluyen la regulación de varios procesos celulares, tales como: la degradación de proteínas por medio del proteosoma, la reparación del ADN, la señalización mediada por receptores de membrana, y la endocitosis, entre otras (1). Las moléculas de ubiquitina pueden ser removidas de sus sustratos gracias a la acción de un gran grupo de proteasas, llamadas enzimas deubiquitinizantes (DUBs) (2). Las DUBs son esenciales para la manutención de la homeostasis de la ubiquitina y para la regulación del estado de ubiquitinación de diferentes sustratos. El gran número y la diversidad de DUBs descritas refleja tanto su especificidad como su utilización para regular un amplio espectro de sustratos y vías celulares. Aunque muchas DUBs han sido estudiadas a profundidad, actualmente se desconocen los sustratos y las funciones biológicas de la mayoría de ellas. En este trabajo se investigaron las funciones de las DUBs: USP19, USP4 y UCH-L1. Utilizando varias técnicas de biología molecular y celular se encontró que: i) USP19 es regulada por las ubiquitin ligasas SIAH1 y SIAH2 ii) USP19 es importante para regular HIF-1α, un factor de transcripción clave en la respuesta celular a hipoxia, iii) USP4 interactúa con el proteosoma, iv) La quimera mCherry-UCH-L1 reproduce parcialmente los fenotipos que nuestro grupo ha descrito previamente al usar otros constructos de la misma enzima, y v) UCH-L1 promueve la internalización de la bacteria Yersinia pseudotuberculosis.

A dual role for integrin-linked kinase in platelets: regulating integrin function and alpha-granule secretion

Integrin-linked kinase (ILK) has been implicated in the regulation of a range of fundamental biological processes such as cell survival, growth, differentiation, and adhesion. In platelets ILK associates with beta 1- and beta 3-containing integrins, which are of paramount importance for the function of platelets. Upon stimulation of platelets this association with the integrins is increased and ILK kinase activity is up-regulated, suggesting that ILK may be important for the coordination of platelet responses. In this study a conditional knockout mouse model was developed to examine the role of ILK in platelets. The ILK-deficient mice showed an increased bleeding time and volume, and despite normal ultrastructure the function of ILK-deficient platelets was decreased significantly. This included reduced aggregation, fibrinogen binding, and thrombus formation under arterial flow conditions. Furthermore, although early collagen stimulated signaling such as PLC gamma 2 phosphorylation and calcium mobilization were unaffected in ILK-deficient platelets, a selective defect in alpha-granule, but not dense-granule, secretion was observed. These results indicate that as well as involvement in the control of integrin affinity, ILK is required for alpha-granule secretion and therefore may play a central role in the regulation of platelet function. (Blood. 2008; 112: 4523-4531)

Platelet adhesion signalling and the regulation of thrombus formation

Platelets perform a central role in haemostasis and thrombosis. They adhere to subendothelial collagens exposed at sites of blood vessel injury via the glycoprotein (GP) 1b-V-IX receptor complex, GPV1 and integrin alpha(2)beta(1)-These receptors perform distinct functions in the regulation of cell signalling involving non-receptor tyrosine kinases (e.g. Src, Fyn, Lyn, Syk and Btk), adaptor proteins, phospholipase C and lipid kinases such as phosphoinositide 3-kinase. They are also coupled to an increase in cytosolic calcium levels and protein kinase C activation, leading to the secretion of paracrine/autocrine platelet factors and an increase in integrin receptor affinities. Through the binding of plasma fibrinogen and von Willebrand Factor to integrin alphaIIbbeta(3), a platelet thrombus is formed. Although increasing evidence indicates that each of the adhesion receptors GPIb-V-IX and GPV1 and integrins alpha(2)beta(1) and alpha(IIb)beta(3) contribute to the signalling that regulates this process, the individual roles of each are only beginning to be dissected. By contrast, adhesion receptor signalling through platelet endothelial cell adhesion molecule 1 (PECAM-1) is implicated in the inhibition of platelet function and thrombus formation in the healthy circulation. Recent studies indicate that understanding of platelet adhesion signalling mechanisms might enable the development of new strategies to treat and prevent thrombosis.

The regulation of integrin-linked kinase in human platelets: evidence for involvement in the regulation of integrin alpha(2)beta(1)

Background: Activation of the platelet integrin alpha(2)beta(1) is closely regulated due to the high thrombogenicity of its ligand. As a beta(1) interacting kinase, ILK represents a candidate intracellular regulator of alpha(2)beta(1) in human platelets. Objectives We investigated the regulation of ILK in human platelets and the role of ILK in regulating alpha(2)beta(1) activation in HEL cells, a megakaryocytic cell line. Methods: An in-vitro kinase assay was used to determine the effect of platelet agonists on ILK kinase activity together with the contribution of PI3K and PKC on ILK activation. Interaction of ILK with beta(1)-integrin subunits was investigated by coimmunoprecipitation and the role of ILK in regulating alpha(2)beta(1) function assessed by overexpression studies in HEL cells. Results: We report that collagen and thrombin modulate ILK kinase activity in human platelets in an aggregation-independent manner. Furthermore, ILK activity is dually regulated by PI3K and PKC in thrombin-stimulated platelets and regulated by PI3K in collagen-stimulated cells. ILK associates with the beta(1)-integrin subunits immunoprecipitated from platelet cell lysates, an association which increased upon collagen stimulation. Overexpression of ILK in HEL cells enhanced alpha(2)beta(1)-mediated adhesion whereas overexpression of kinase-dead ILK reduced adhesion, indicating a role for this kinase in the positive regulation of alpha(2)beta(1). Conclusions: Our findings that ILK regulates alpha(2)beta(1) in HEL cells, is activated in platelets and associates with beta(1)-integrins, raise the possibility that it may play a key role in adhesion events upon agonist stimulation of platelets.

Targeting αvβ3 and α5β1 for gene delivery to proliferating VSMCs: synergistic effect of TGF-β1

TGF-beta1 levels increase after vascular injury and promote vascular smooth muscle cell (VSMC) proliferation. We define a nonviral gene delivery system that targets alphavbeta3 and alpha5beta1 integrins that are expressed on proliferating VSMCs and strongly induced by TGF-beta1. A 15-amino acid RGDNP-containing peptide from American Pit Viper venom was linked to a Lys(16) peptide as vector (molossin vector) and complexed with Lipofectamine or fusogenic peptide for delivery of luciferase or beta-galactosidase reporter genes to primary cultures of human, rabbit, and rat VSMCs. Preincubation of VSMCs with TGF-beta1 for 24 h, but not with PDGF-BB, interferon-gamma, TNF-alpha, nor PMA, increased alphavbeta3 and alpha5beta1 expressions on VSMCs and enhanced gene delivery of molossin vector. Thus beta-galactosidase activity increased from 35 +/- 5% (controls) to 75 +/- 5% after TGF-beta1 treatment, and luciferase activity increased fourfold over control values. Potential use of this system in vessel bypass surgery was examined in an ex vivo rat aortic organ culture model after endothelial damage. Molossin vector system delivered beta-galactosidase to VSMCs in the vessel wall that remained for up to 12 days posttransfection. The molossin vector system, when combined with TGF-beta1, enhances gene delivery to proliferating VSMCs and might have clinical applications for certain vasculoproliferative diseases.

Virgin olive oil phenolics extract inhibit invasion of HT115 human colon cancer cells in vitro and in vivo

The decreased cancer risk associated with consumption of olive oil may be due to the presence of phenolics which can modulate pathways including apoptosis and invasion that are relevant to carcinogenesis. We have previously shown that a virgin olive oil phenolics extract (OVP) inhibited invasion of HT115 colon cancer cells in vitro. In the current study we assessed the in vitro effects of OVP (25 μg mL(-1)) on HT115 cell migration, spreading and integrin expression. Furthermore, the anti-metastatic activity of OVP - at a dose equivalent to 25 mg per kg per day for 2, 8 or 10 weeks - was assessed in a Severe Combined ImmunoDeficiency (SCID) Balb-c mouse model. After 24 h OVP did not inhibit cell migration but significantly reduced cell spreading on fibronectin (65% of control; p < 0.05) and expression of a range of α and β integrins was modulated. In vivo, OVP by gavage significantly (p < 0.05) decreased not only tumour volume but also the number of metastases in SCID Balb-c mice. Collectively, the data suggest that - possibly through modulation of integrin expression - OVP decreases invasion in vitro and also inhibits metastasis in vivo.

Platelet actin nodules are podosome-like structures dependent on Wiskott-Aldrich syndrome protein and ARP2/3 complex

The actin nodule is a novel F-actin structure present in platelets during early spreading. However, only limited detail is known regarding nodule organization and function. Here we use electron microscopy, SIM and dSTORM super-resolution, and live-cell TIRF microscopy to characterize the structural organization and signalling pathways associated with nodule formation. Nodules are composed of up to four actin-rich structures linked together by actin bundles. They are enriched in the adhesion-related proteins talin and vinculin, have a central core of tyrosine phosphorylated proteins and are depleted of integrins at the plasma membrane. Nodule formation is dependent on Wiskott-Aldrich syndrome protein (WASp) and the ARP2/3 complex. WASp(-/-) mouse blood displays impaired platelet aggregate formation at arteriolar shear rates. We propose actin nodules are platelet podosome-related structures required for platelet-platelet interaction and their absence contributes to the bleeding diathesis of Wiskott-Aldrich syndrome.

Changes in gene expression induced by H(2)O(2) in cardiac myocytes.

Oxidative stress induces cardiac myocyte apoptosis. At least some effects are probably mediated through changes in gene expression. Using Affymetrix arrays, we examined the changes in gene expression induced by H(2)O(2) (0.04, 0.1, and 0.2mM; 2 and 4h) in rat neonatal ventricular myocytes. Changes in selected upregulated genes were confirmed by ratiometric RT-PCR. p21(Cip1/Waf1) was one of the only two genes upregulated in all conditions studied. Of the heat shock proteins, only Hsp70/70.1 was induced by H(2)O(2) with no change in the expression of Hsp25, Hsp60 or Hsp90. Heme oxygenase 1 was also potently upregulated, but not heme oxygenases 2 or 3. Of the intercellular adhesion proteins, syndecan-1 was significantly upregulated in response to H(2)O(2), with little change in the expression of other syndecans and no change in expression of any of the integrins studied. Thus, oxidative stress, exemplified by H(2)O(2), selectively promotes the expression of specific gene family members.

Deficiency of the Cytoskeletal Protein SPECC1L Leads to Oblique Facial Clefting

Genetic mutations responsible for oblique facial clefts (ObFC), a unique class of facial malformations, are largely unknown. We show that loss-of-function mutations in SPECC1L. are pathogenic for this human developmental disorder and that SPECC1L is a critical organizer of vertebrate facial morphogenesis. During murine embryogenesis, Speed 1 1 is expressed in cell populations of the developing facial primordial, which proliferate and fuse to form the face. In zebrafish, knockdown of a SPECC1L homolog produces a faceless phenotype with loss of jaw and facial structures, and knockdown in Drosophila phenocopies mutants in the integrin signaling pathway that exhibit cell-migration and -adhesion defects. Furthermore, in mammalian cells, SPECC1L colocalizes with both tubulin and actin, and its deficiency results in defective actin-cytoskeleton reorganization, as well as abnormal cell adhesion and migration. Collectively, these data demonstrate that SPECC1L functions in actin-cytoskeleton reorganization and is required for proper facial morphogenesis.