The biology of the cell surface,

Bibliography: p. 370-380.

Cell interactions of osteoarthritic subchondral bone osteoblasts and articular chondrocytes aggravate MMP-2 and MMP-9 production through the mediation of ERK1/2 and JNK phosphorylation

Matrix Metalloproteinases (MMP) play a key role in osteoarthritis (OA) development. The aim of the present study was to investigate whether, the cross-talk between subchondral bone osteoblasts (SBOs) and articular cartilage chondrocytes (ACCs) in OA alters the expression and regulation of MMPs, and also to test the potential involvement of mitogen activated protein kinase (MAPK) signalling pathway during this process.

Identification of genes differentially expressed in wild type and Purkinje cell degeneration mice

Purkinje cell degeneration (pcd) mice are characterized by death of virtually all cerebellar Purkinje cells by postnatal day 30. In this study, we used DNA microarray analysis to investigate differences in gene expression between the brains of wild type and pcd mice on postnatal day 20, before the appearance of clear-cut phenotypic abnormalities. We identified 300 differentially expressed genes, most of which were involved in metabolic and physiological processes. Among the differentially expressed genes were several calcium binding proteins including calbindin -28k, paravalbumin, matrix gamma-carboxygluta mate protein and synaptotagamins 1 and 13, suggesting the involvement of abnormal Ca2+ signaling in the pcd phenotype.

Cell surface beta 1, 4-galactosyltransferase 1 promotes apoptosis by inhibiting epidermal growth factor receptor pathway.

Our previous studies have shown that overexpression of beta1,4-galactosyltransferase1 (beta1,4GT1) leads to increased apoptosis induced by cycloheximide (CHX) in SMMC-7721 human hepatocarcinoma cells. However, the role of beta1,4GT1 in apoptosis remains unclear. Here we demonstrated that cell surface beta1,4GT1 inhibited the autophosphorylation of epidermal growth factor receptor (EGFR) especially at Try 1068. The phosphorylation of protein kinase B (PKB/Akt) and extracellular signal-regulated protein kinase1/2 (ERK1/2), which are downstream molecules of EGFR, were also reduced in cell surface beta1,4GT1-overexpressing cells. Furthermore, the translocations of Bad and Bax that are regulated by PKB/Akt and ERK1/2 were also increased in these cells. As a result, the release of cytochrome c from mitochondria to cytosol was increased and caspase-3 was activated. In contrast, RNAi-mediated knockdown of beta1,4GT1 increased the autophosphorylation of EGFR. These results demonstrated that cell surface beta1,4GT1 may negatively regulate cell survival possibly through inhibiting and modulating EGFR signaling pathway.

Epigenetic and cell cycle control of centromere inheritance

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology, Cell Biology

Inheritance of histone H3 variants across mitotic cell divisions

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Molecular Biology.

Bcl-xL regulation and function in cell cycle checkpoints and progression

Quelques évidences suggèrent que Bcl-xL, un membre anti-apoptotique de la famille Bcl-2, possède également des fonctions au niveau du cycle cellulaire et de ses points-contrôle. Pour étudier la régulation et fonction de Bcl-xL au cours du cycle cellulaire, nous avons généré et exprimé dans des cellules humaines une série de mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser49Ala, Ser56Ala, Ser62Ala et Thr115Ala. L'analyse de cette série de mutants révèle que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser62Ala) sont moins stables au point-contrôle G2 du cycle cellulaire comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou les autres mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala et Thr115Ala. Les études de cinétiques de phosphorylation et de localisation de phospho-Bcl-xL(Ser62) dans des cellules synchronisées et suite à l'activation du point-contrôle en G2 médié par l'étoposide (VP16), nous indiquent que phospho-Bcl-xL(Ser62) migre dans les corps nucléolaires durant l'arrêt en G2 dans les cellules exposées au VP16. Une série d'expériences incluant des essais kinase in vitro, l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et d'ARN interférant, nous révèlent que Polo kinase 1 (PLK1) et MAPK9/JNK2 sont les protéines kinase impliquées dans la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62), et pour son accumulation dans les corps nucléolaires pendant le point-contrôle en G2. Nos résultats indiquent que durant le point-contrôle en G2, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie et se co-localise avec CDK1(CDC2), le complexe cycline-kinase qui contrôle l'entrée en mitose. Nos résultats suggèrent que dans les corps nucléolaires, phospho-Bcl-xL(Ser62) stabilise l'arrêt en G2 en séquestrant CDK1(CDC2) pour retarder l'entrée en mitose. Ces résultats soulignent également que les dommages à l'ADN influencent la composition des corps nucléolaires, structure nucléaire qui émerge maintenant comme une composante importante de la réponse aux dommages à l'ADN. Dans une deuxième étude, nous décrivons que les cellules exprimant le mutant de phosphorylation Bcl-xL(Ser62Ala) sont également plus stables au point-contrôle de l'assemblage du fuseau de la chromatine (SAC) suite à une exposition au taxol, comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou d'autres mutants de phosphorylation de Bcl-xL, incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala. Cet effet est indépendent de la fonction anti-apoptotique de Bcl-xL. Bcl-xL(Ser62) est fortement phosphorylé par PLK1 et MAPK14/SAPKp38α à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et déphosphorylé à la télophase et la cytokinèse. Phospho-Bcl-xL(Ser62) se trouve dans les centrosomes avec γ-tubuline, le long du fuseau mitotique avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique avec des composantes du SAC. Dans des cellules exposées au taxol, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie au complexe inhibiteur CDC20/MAD2/BUBR1/BUB3, alors que le mutant Bcl-xL(Ser62Ala) ne se lie pas à ce complexe. Ces résultats indiquent que durant le SAC, la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62) accélère la résolution du SAC et l'entrée des cellules en anaphase. Des expériences bloquant l'expression de Bcl-xL révèlent ègalement un taux très élevé de cellules tétraploïdes et binuclées après un traitement au nocodazole, consistant avec une fonction de Bcl-xL durant la mitose et dans la stabilité génomique. Dans la troisième étude, l'analyse fonctionnelle de cette série de mutants de phosphorylation indique également que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser49Ala) sont moins stables durant le point-contrôle G2 et entre en cytokinèse plus lentement dans des cellules exposées aux inhibiteurs de la polymérisation/dépolymérisation des tubulines, composantes des microtubules. Ces effets de Bcl-xL(Ser49Ala) sont indépendents de sa fonction anti-apoptotique. La phosphorylation de Bcl-xL(Ser49) est dynamique au cours du cycle cellulaire. Dans des cellules synchronisées, Bcl-xL(Ser49) est phosphorylé en phase S et G2, déphosphorylé à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et re-phosphorylé durant la télophase et la cytokinèse. Au cours du point-contrôle G2 induit par les dommages à l'ADN, un pool important de phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve aux centrosomes, un site important pour la régulation de l'entrée en mitose. Durant la télophase et la cytokinèse, phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve le long des microtubules avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique. Finalement, nos résultats suggèrent que PLK3 est responsable de la phosphorylation de Bcl-xL(Ser49), une protéine kinase impliquée pour l'entrée des cellules en mitose et pour la progression de la mitose jusqu'à la division cellulaire.

Cell wall composition regulates cell shape and growth behaviour in pollen tubes

L’une des particularités fondamentales caractérisant les cellules végétales des cellules animales est la présence de la paroi cellulaire entourant le protoplaste. La paroi cellulaire joue un rôle primordial dans (1) la protection du protoplaste, (2) est impliquée dans les mécanismes de filtration et (3) est le lieu de maintes réactions biochimiques nécessaires à la régulation du métabolisme et des propriétés mécaniques de la cellule. Les propriétés locales d’élasticité, d’extensibilité, de plasticité et de dureté des composants pariétaux déterminent la géométrie et la forme des cellules lors des processus de différentiation et de morphogenèse. Le but de ma thèse est de comprendre les rôles que jouent les différents composants pariétaux dans le modelage de la géométrie et le contrôle de la croissance des cellules végétales. Pour atteindre cet objectif, le modèle cellulaire sur lequel je me suis basé est le tube pollinique ou gamétophyte mâle. Le tube pollinique est une protubérance cellulaire qui se forme à partir du grain de pollen à la suite de son contact avec le stigmate. Sa fonction est la livraison des cellules spermatiques à l’ovaire pour effectuer la double fécondation. Le tube pollinique est une cellule à croissance apicale, caractérisée par la simple composition de sa paroi et par sa vitesse de croissance qui est la plus rapide du règne végétal. Ces propriétés uniques font du tube pollinique le modèle idéal pour l’étude des effets à courts termes du stress sur la croissance et le métabolisme cellulaire ainsi que sur les propriétés mécaniques de la paroi. La paroi du tube pollinique est composée de trois composantes polysaccharidiques : pectines, cellulose et callose et d’une multitude de protéines. Pour comprendre les effets que jouent ces différents composants dans la régulation de la croissance du tube pollinique, j’ai étudié les effets de mutations, de traitements enzymatiques, de l’hyper-gravité et de la gravité omni-directionnelle sur la paroi du tube pollinique. En utilisant des méthodes de modélisation mathématiques combinées à de la biologie moléculaire et de la microscopie à fluorescence et électronique à haute résolution, j’ai montré que (1) la régulation de la chimie des pectines est primordiale pour le contrôle du taux de croissance et de la forme du tube et que (2) la cellulose détermine le diamètre du tube pollinique en partie sub-apicale. De plus, j’ai examiné le rôle d’un groupe d’enzymes digestives de pectines exprimées durant le développement du tube pollinique : les pectate lyases. J’ai montré que ces enzymes sont requises lors de l’initiation de la germination du pollen. J’ai notamment directement prouvé que les pectate lyases sont sécrétées par le tube pollinique dans le but de faciliter sa pénétration au travers du style.

Optimization Studies to Improve MSC-based Cardiac Cell Therapy : Cytokine Preconditioning and Nanoparticle Coupling

Contexte: La cardiopathie ischémique (IHD) reste une cause majeure de mortalité en Amérique du Nord. La thérapie cellulaire cardiaque (CCT) a émergé comme une thérapie prometteuse pour aider à guérir certaines malades cardiaques. Parmi les cellulaires avec propriétés pluripotentes, les cellules stromales mésenchymateuses (MSC) sont prometteuses. Cependant, plusieurs questions demeurent non résolues et certaines défis empêchent l'application clinique de la CCT se dans l'IHD, tels que le faible taux de rétention cellulaire in situ, le suivi des cellules in vivo post-implantation et post-acheminements et l`apoptose. Ici, le traitement préliminaire des MSC avec des facteurs de croissance et leur couplage avec des nanoparticules (NP) seront étudiés comme des méthodes pour optimiser MSC. Méthodes: Des MSCs provenant du rat (rMSC) et du cochon (pMSC) ont été isolés à partir de moelle osseuse. Les rMSC ont été préconditionnées avec SDF-1a, TSG-6 et PDGF-BB, et ensuite soumises à une hypoxie, une privation de sérum et a un stress oxydatif. Des études de cicatrisation ont également été effectués avec rMSCs préconditionnées. En parallèle, de nouvelles NP ferromagnétiques liées aux silicones ont été synthétisées. Les NPs ont été couplées aux pMSCs suivant leur fonctionnalisation avec l`anticorps, CD44, un antigène de surface du MSC bien connu. Par la suite, les études de biocompatibilité ont été réalisées sur pMSC-NP et en incluant des tests des processus cellulaires tels que la migration, l'adhésion, la prolifération et les propriétés de la différenciation. Résultats: Parmi toutes les cytokines testées, PDGF-BB a démontré la plus grande capacité à améliorer la survie de MSC dans des conditions d'hypoxie, de privation de sérum et en reponse au stress oxydatif. La conjugaison de NP a atténué la migration et la prolifération des pMSCs, mais n`a pas changé leur capacité de différenciation. Enfin, la complexe du MSC-NP est détectable par IRM. Conclusion: Nos données suggèrent que de nouvelles stratégies, telles que traitement préliminaire de PDGF-BB et le couplage des nanoparticules ferromagnétiques, peuvent être considérés comme des avenues prometteuse pour optimiser les MSCs pour la CCT.

Study of the subcellular localization of cell cycle regulator Cks1 and its impact on cancer

La progression dans le cycle cellulaire est contrôlée par de vagues oscillantes de cyclines et des kinases cycline-dépendantes (Cdk). Ces kinases sont régulées positivement par l’association des sous-unités cyclines régulatrices et négativement en se liant aux inhibiteurs de Cdk. Parmi ces derniers, p27 inhibe tous les complexes cycline-Cdk quelle que soit la phase cellulaire et agit en tant que régulateur négatif principal de la prolifération cellulaire dans une variété de cellules et de tissus. Intrinsèquement, p27 phosphorylé est ubiquitiné et dégradé par le complexe SCFSkp2-Cks1. Des études génétiques de la souris, ainsi que des examens cliniques chez l’homme, ont montré que p27 est un important suppresseur de tumeur. Le gène est rarement muté. Cependant, p27 est fréquemment réprimé dans les cancers humains en raison d’une augmentation de l’expression de Skp2 et de Cks1 dans le noyau, ce qui est généralement associée à un mauvais pronostic. La localisation subcellulaire de Cks1 est donc d'une importance primordiale dans le contrôle de la prolifération cellulaire. Les résultats récents de notre laboratoire ont montré une interaction entre Cks1 et les protéines de transport nucléaire importine α1 et β3. Aussi, l’analyse de la séquence primaire de Cks1 a également révélé un signal de localisation nucléaire classique (NLS) à son extrémité C-terminale. Des mutations ont été effectuées sur le NLS suspect pour déterminer si oui ou non l'import nucléaire de Cks1 était contrôlé par cette séquence. Un inhibiteur synthétique de l’importine β a également été utilisé pour étudier l’import de Cks1 dans le noyau. Les résultats indiquent que l’extrémité C-terminale de Cks1 est en effet un NLS puisque les mutations de Cks1 et l'inhibition de l’importine β conduisent, tous deux, à l'accumulation de Cks1 dans le cytoplasme. Ces résultats ont été utiles pour mieux comprendre le mécanisme régulant la localisation de Cks1. Toutefois, des travaux futurs sont nécessaires pour mieux comprendre l'impact de la séquestration cytoplasmique de Cks1 sur le cancer et ainsi espérer aboutir à l'identification de nouvelles cibles pharmacologiques impliqués dans la prolifération cellulaire.

CCP1/Nna1 functions in protein turnover in mouse brain: Implications for cell death in Purkinje cell degeneration mice

Purkinje cell degeneration (pcd) mice have a mutation within the gene encoding cytosolic carboxypeptidase 1 (CCP1/Nna1), which has homology to metallocarboxypeptidases. To assess the function of CCP1/Nna1, quantitative proteomics and peptidomics approaches were used to compare proteins and peptides in mutant and wild-type mice. Hundreds of peptides derived from cytosolic and mitochondrial proteins are greatly elevated in pcd mouse hypothalamus, amygdala, cortex, prefrontal cortex, and striatum. However, the major proteins detected on 2-D gel electrophoresis were present in mutant and wild-type mouse cortex and hypothalamus at comparable levels, and proteasome activity is normal in these brain regions of pcd mice, suggesting that the increase in cellular peptide levels in the pcd mice is due to reduced degradation of the peptides downstream of the proteasome. Both nondegenerating and degenerating regions of pcd mouse brain, but not wild-type mouse brain, show elevated autophagy, which can be triggered by a decrease in amino acid levels. Taken together with previous studies on CCP1/Nna1, these data suggest that CCP1/Nna1 plays a role in protein turnover by cleaving proteasome-generated peptides into amino acids and that decreased peptide turnover in the pcd mice leads to cell death.-Berezniuk, I., Sironi, J., Callaway, M. B., Castro, L. M., Hirata, I. Y., Ferro, E. S., Fricker, L. D. CCP1/Nna1 functions in protein turnover in mouse brain: Implications for cell death in Purkinje cell degeneration mice. FASEB J. 24, 1813-1823 (2010). www.fasebj.org

Cell death and lumen formation in spheroids of MCF-7 cells

3D (three-dimensional) cell culture permits a more integrated analysis of the relationship between cells, inserting them into a structure more closely resembling the cellular microenvironment in vivo. The development of in vitro parameters to approximate in vivo 3D cellular environments makes a less reductionist interpretation of cell biology possible. For breast cells, in vitro 3D culture has proven to be an important tool for the analysis of luminal morphogenesis. A greater understanding of this process is necessary because alterations in the lumen arrangement are associated with carcinogenesis. Following lumen formation in 3D cell culture using laser scanning confocal microscopy, we observed alterations in the arrangement of cytoskeletal components (F-actin and microtubules) and increasing levels of cell death associated with lumen formation. The formation of a polarized monolayer facing the lumen was characterized through 3D reconstructions and the use of TEM (transmission electron microscopy), and this process was found to occur through the gradual clearing of cells from the medullary region of the spheroids. This process was associated with different types of cell death, such as apoptosis, autophagy and entosis. The present study showed that changes in the extracellular matrix associated with long periods of time in 3D cell culture lead to the formation of a lumen in MCF-7 cell spheroids and that features of differentiation such as lumen and budding formation occur after long periods in 3D culture, even in the absence of exogenous extracellular compounds.

Adhesion and protease activity in cell lines from human salivary gland tumors are regulated by the laminin-derived peptide AG73, syndecan-1 and beta 1 integrin

We studied the induction of protease activity by the laminin alpha 1-derived peptide AG73 in cells from adenoid cystic carcinoma (CAC2) and myoepithelioma (M1), respectively a malignant and a benign salivary gland tumors. Laminin alpha 1 chain and MMP9 were immunolocalized in adenoid cystic carcinoma and myoepithelioma in vivo and in vitro. Cells grown inside AG73-enriched laminin-111 exhibited large spaces in the extracellular matrix, suggestive of remodeling. The broad spectrum MMP inhibitor GM6001 decreased spaces induced by AG73 in CAC2 and M I cells. This result strongly suggests that AG73-mediated matrix remodeling involves matrix metalloproteinases. CAC2 and M1 cells cultured on AG73 showed a dose-dependent increase of MMP9 secretion, as detected by zymography. Furthermore, siRNA silencing of MMP9 decreased remodeling in 3D cultures. We searched for AG73 receptors regulating MMP9 activity in our cell lines. CAC2 and M1 cells grown on AG73 exhibited colocalization of syndecan-1 and beta 1 integrin. siRNA knockdown of syndecan-1 expression in these cells resulted in decreased adhesion to AG73 and reduced protease and remodeling activity. We investigated syndecan-1 co-receptors in both cell lines. Silencing beta 1 integrin inhibited adhesion to AG73, matrix remodeling and protease activity. Double-knockdown experiments were carried out to further explore syndecan-1 and beta 1 integrin cooperation. CAC2 cells transfected with both syndecan-1 and beta 1 integrin siRNA oligos showed significant decrease in adhesion to AG73. Simultaneous silencing of receptors also induced a decrease in protease activity. Our results suggest that syndecan-1 and beta 1 integrin signaling downstream of AG73 regulate adhesion and MMP production by CAC2 and M1 cells. (c) 2008 Elsevier B.V./International Society of Matrix Biology. All rights reserved.