非晶状体βγ-晶状体蛋白与三叶因子蛋白复合物的细胞核转运及其选择性杀伤肿瘤细胞机制的研究

非晶状体βγ晶状体蛋白与三叶因子蛋白复合物(βγ-CAT)是从大蹼铃蟾(Bombina maxima)皮肤分泌物中分离的分子量为72 kDa的天然蛋白复合物.本研究通过激光共聚焦显微镜和Westem blot分析βγ-CAT在人脐静脉内皮细胞(HUVEC)中的细胞核转运机制,以及βγ-CAT对多株肿瘤细胞(HCT116,HT29,A375,Hela,THP-1等)的细胞毒效应.结果表明:βγ-CAT的α亚基中含有典型的GTP/ATPase的保守结构模体Walker A和Walker B,体外检测到βγ-CAT具有GTP/ATP水解酶和GTP/ATP结合活性.在细胞核转运过程中,βγ-CAT的α亚基和β亚基参与形成约150kDa含有泛素化修饰信号的大分子复合物,且泛素化修饰信号和βγ-CAT的α亚基和β亚基共定位于细胞内和融合于细胞核区域的转运囊泡小体中.βγ-CAT能够选择性的杀伤肿瘤细胞,诱导肿瘤细胞脱落和发生凋亡.上述结果为进一步深入研究阡βγ-CAT的细胞核转运和调节细胞功能的分子作用机制提供思路和线索.

大蹼铃蟾（Bombina maxima）皮肤分泌物非晶状体-晶状体蛋白与三叶因子复合物细胞生物学活性和分子作用机制

非晶状体-晶状体蛋白质(non-lens -crystallins)在脊椎动物中以一簇的基 因家族的形式存在，在各种上皮细胞中广泛表达，但对其在体内承担的功能，人 们几乎一无所知。三叶因子蛋白(trefoil factors, TFFs)主要分布在胃肠道上皮和两 栖动物皮肤表面，许多研究表明该家族的蛋白质，在粘膜保护，损伤修复和肿瘤 抑制中具有重要的作用；但是自发现以来，TFFs 一直作为孤儿配基存在，对于 其作用的机制了解得很少。人们从来没有把两个家族的蛋白质联系在一起来考虑 过。 本实验室从中国特有的两栖动物大蹼铃蟾(Bombina maxima)皮肤分泌物中， 分离到这两个家族的蛋白质的天然结合在一起的复合物，并命名为：非晶状体- 晶状体蛋白和三叶因子蛋白复合物（non-lens -crystallin and treifol factor complex, -CAT）。尽管在低剂量下，-CAT 已对小鼠，大鼠和兔有致死活性， 但其结构与人源的non-lens -crystallins 和TFFs 的同源性，提示了它可能在正 常的生理功能中起到重要作用，也为揭示两类重要的蛋白质的功能和作用机制提 供了可能性。本研究工作，在多种细胞株中，对-CAT 的生物学活性作了详细 的研究，并对其作用机制进行了进一步深入的探讨。 我们原代培养了人脐静脉血管内皮细胞(HUVEC) ，兔主动脉内皮细胞 (RAEC)，兔心内皮细胞(REEC)；培养了多种肿瘤细胞株。-CAT 能够引起多种 贴壁细胞的脱落。-CAT 在高剂量下能够引起这些细胞的凋亡；但是在不同的 细胞株中，发生凋亡的通路可能是不同的。在低剂量下，-CAT 能够促进细胞 的迁移，对HUVEC 具有诱导伤口修复的活性。 以HUVEC 细胞为模型，我们探讨了-CAT 的作用机制。在激光共聚焦显 微镜下，观察到-CAT 诱导HUVEC 发生囊泡化，这个效应是剂量依赖的；囊 泡化的发生不依赖于NH4Cl 的存在，但是NH4Cl 能够增大囊泡化的效应。在荧 光染料Cy3 直接标记-CAT 时，观察到-CAT 被定向运输到细胞核上。荧光染 料FITC 分别标记-CAT 的轻链和重链的多克隆抗体，免疫荧光染色发现，在较 短的时间(5 min)内, -CAT 已经进入细胞，并有部分分子被运输到细胞核上。随 着时间增加到30 min，轻链和重链在核上的比例也渐增加；到2 小时，-CAT的重链全部集中在细胞核上，而-CAT 的轻链则退出核外，主要聚集在细胞核 周围。核定位显示-CAT 分子进入HUVEC 细胞核，可能在基因的转录调节中 发挥作用。我们运用基因芯片检测了加药处理前后细胞蛋白质表达水平的变化。 在四组重复实验中均显示，加入-CAT 处理后，有121 个基因发生上调，这些 基因在调节细胞的生存和死亡中具有复杂的功能。其中核受体蛋白质家族 （NR4A1 等）的变化最为明显。而其他的基因包括调节细胞早期生长，凋亡， 炎症反应的相关基因和金属蛋白酶。同时，加入-CAT 处理后，仅有2 个基因 发生下调，包括胶原I，这为解释细胞发生脱落和调亡提供了分子基础。 本研究工作揭示了非晶状体-晶状体蛋白和三叶因子蛋白的相互作用，共 同定位到细胞核上，并调节基因的转录，首次提示非晶状体-晶状体蛋白可能 参与一条全新的细胞信号调节途径，在组织平衡，肿瘤发生和胚胎发育中起到重 要的作用；同时也为三叶因子蛋白的分子作用机制的解析提供了一种新的可能 性。

鲨鱼软骨抗血管生成多肽的分离纯化及其生物活性

以血管生成为靶点的抗肿瘤策略是抗肿瘤领域的研究热点，目前已经发现许多天然和化学合成的抗血管生成药物。鲨鱼软骨作为抗新生血管生成因子的重要来源的研究已有20多年的历史，很多研究显示鲨鱼软骨提取物有抗血管生成活性。但鲨鱼软骨活性多肽的完整分子结构一直未见报道；鲨鱼软骨活性多肽干扰血管生成通路的信号途径尚不明确。 本文应用盐酸胍抽提、丙酮分级沉淀、超滤、凝胶层析等分离技术，从青鲨（Prionace glauca）软骨中分离纯化并鉴定了一种新的具有抗新生血管生成活性的多肽。经SDS-PAGE和N-末端氨基酸序列分析显示，该多肽分子量为15500 Da，采用蛋白数据库分析表明该多肽是一种新发现的鲨鱼软骨多肽（Polypeptide from Prionace glauca，PG155）。 体外实验显示，PG155抑制内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）介导的人脐静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cell ，HUVEC）迁移和管腔形成，并呈剂量依赖关系。200 μg/ml PG155对牛主动脉内皮细胞（Bovine Aortic Endothelial Cells，BAECs）和HUVECs及以下癌细胞，包括人肝癌细胞（human hepatoma Bel-7402 cells，Bel-7402）、 口腔上皮癌细胞（human oral epidermoid carcinoma KB cells ，KB）、人结肠癌细胞（human colon cancer HCT-18 cells，HCT-18）和人乳腺癌细胞（human breast MCF7 cancer cells ，MCF7）的增殖均无抑制作用，说明PG155无细胞毒作用。20 μg/ml PG155显著抑制HUVEC的迁移和管腔形成；40-80 μg/ml PG155 对VEGF 介导的HUVEC的迁移和管腔形成几乎完全抑制。 体内实验显示，PG155显著抑制斑马鱼胚胎模型新生血管生成，并呈剂量依赖关系。形态学观察表明PG155显著抑制斑马鱼胚胎肠下静脉（subintestinal vessels， SIVs）的生长，随着浓度的升高SIVs的生长可受到完全抑制。碱性磷酸酶染色分析显示，在一定浓度范围内，PG155随着浓度的升高对斑马鱼胚胎整体血管生成抑制作用依次增强。160 μg/ml PG155会引起斑马鱼胚胎心脏功能障碍。 由海洋生物中发现新的肿瘤新生血管生成抑制剂国内外的报道较少，我们的工作表明鲨鱼软骨可作为血管生成抑制剂的重要来源，鲨鱼软骨活性多肽PG155由于具有极低的细胞毒作用，并能抑制VEGF介导的血管生成过程，有希望成为一类新型抗肿瘤药物。

玻璃海鞘多肽PCI的分离纯化及其抗血管生成活性研究

血管生成是肿瘤生长、发展的必经之路，并且与实体瘤的发生、转移有着密切的关系，抑制肿瘤新生血管生成具有特异性高、疗效好、不易产生耐药性以及毒副作用低等特点，因此抑制肿瘤血管形成可望成为治疗癌症的一个突破点，以抗血管生成为主的肿瘤生物治疗研究已成为近十年的研究热点。玻璃海鞘（Coina intestinalis）属于内性目、玻璃海鞘科，因其进化上的独特地位常作为研究神经发育、免疫系统进化的材料。在其它种属的海鞘中分离发现了多种具有抗肿瘤活性的多肽，但关于玻璃海鞘抗血管生成活性多肽的分离纯化和活性研究未见报道。本文利用多种分离纯化手段，采用活性追踪的方法首次从玻璃海鞘中分离得到具有抗新生血管生成作用的多肽，并对其抗血管生成活性做了初步研究。 本研究利用冷丙酮分级沉淀，超滤截留分子量小于5kDa的蛋白，再经SephadexG25、Superdex75柱层析，µRPC C2/C18反相柱层析等分离手段，采用活性追踪的方法，由玻璃海鞘（Coina intestinalis）中分离纯化出抗血管生成多肽PCI，据保留时间计算其分子量为1.8 kDa。MTT检测表明其对人脐静脉血管内皮细胞（HUVEC）具有强烈的抑制作用，IC50为7.5 μg/ml，并对多种肿瘤细胞有直接的抑制作用。斑马鱼胚胎体内实验进一步表明PCI在40 μg/ml的浓度下作用12h，斑马鱼胚胎新生血管生成受到显著抑制，肠下静脉血管长度为正常组的30%，斑马鱼胚胎血管生成率为正常组的45%。

Comparative Characterisation of 3-D Hydroxyapatite Scaffolds Developed via Replication of Synthetic Polymer Foams and Natural Marine Sponges

The production of complex inorganic forms, based on naturally occurring scaffolds offers an exciting avenue for the construction of a new generation of ceramic-based bone substitute scaffolds. The following study reports an investigation into the architecture (porosity, pore size distribution, pore interconnectivity and permeability), mechanical properties and cytotoxic response of hydroxyapatite bone substitutes produced using synthetic polymer foam and natural marine sponge performs. Infiltration of polyurethane foam (60 pores/in2) using a high solid content (80wt %), low viscosity (0.126Pas) hydroxyapatite slurry yielded 84-91% porous replica scaffolds with pore sizes ranging from 50µm - 1000µm (average pore size 577µm), 99.99% pore interconnectivity and a permeability value of 46.4 x10-10m2. Infiltration of the natural marine sponge, Spongia agaricina, yielded scaffolds with 56- 61% porosity, with 40% of pores between 0-50µm, 60% of pores between 50-500µm (average pore size 349 µm), 99.9% pore interconnectivity and a permeability value of 16.8 x10-10m2. The average compressive strengths and compressive moduli of the natural polymer foam and marine sponge replicas were 2.46±1.43MPa/0.099±0.014GPa and 8.4±0.83MPa /0.16±0.016GPa respectively. Cytotoxic response proved encouraging for the HA Spongia agaricina scaffolds; after 7 days in culture medium the scaffolds exhibited endothelial cells (HUVEC and HDMEC) and osteoblast (MG63) attachment, proliferation on the scaffold surface and penetration into the pores. It is proposed that the use of Spongia agaricina as a precursor material allows for the reliable and repeatable production of ceramic-based 3-D tissue engineered scaffolds exhibiting the desired architectural and mechanical characteristics for use as a bone 3 scaffold material. Moreover, the Spongia agaricina scaffolds produced exhibit no adverse cytotoxic response.

Up-regulation of the endothelial cell adhesion molecule intercellular adhesion molecule-1 (ICAM-1) by autoantibodies in autoimmune vasculitis

Autoimmune vasculitis is characterized by the presence of autoantibodies, particularly anti-neutrophil cytoplasmic antibodies (ANCA) and anti-nuclear antibodies (ANA), in patient sera. These autoantibodies have an incompletely understood role in development of vascular injury. The expression or up-regulation of cell adhesion molecules is an early phase in the development of an inflammatory vascular lesion. Autoantibody-positive sera from patients with vasculitis were assessed for their ability to modulate adhesion molecule expression by human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). Autoantibody-positive serum samples from 11 out of 21 patients with primary vasculitis produced substantial up-regulation of ICAM-1 on HUVEC. Autoantibody-negative samples did not produce adhesion molecule up-regulation. Up-regulation of adhesion molecules on HUVEC was observed with samples positive for ANA, a phenomenon not previously reported. Preincubation of the sera with purified antigens recognized by ANCA failed to block this activation. In addition, MoAbs to ANCA antigens were ineffective at inducing ICAM-1 up-regulation, suggesting that activation is independent of the molecular specificity of the antibody. This capacity of ANCA- and ANA-positive sera to up-regulate adhesion molecules on endothelial cells may be a factor in the vessel wall inflammation seen in ANCA-associated vasculitis.

Histone deacetylase 7 controls endothelial cell growth through modulation of beta-catenin

Rationale: Histone deacetylase (HDAC)7 is expressed in the early stages of embryonic development and may play a role in endothelial function.

Objective: This study aimed to investigate the role of HDAC7 in endothelial cell (EC) proliferation and growth and the underlying mechanism.

Methods and Results: Overexpression of HDAC7 by adenoviral gene transfer suppressed human umbilical vein endothelial cell (HUVEC) proliferation by preventing nuclear translocation of ß-catenin and downregulation of T-cell factor-1/Id2 (inhibitor of DNA binding 2) and cyclin D1, leading to G1 phase elongation. Further assays with the TOPFLASH reporter and quantitative RT-PCR for other ß-catenin target genes such as Axin2 confirmed that overexpression of HDAC7 decreased ß-catenin activity. Knockdown of HDAC7 by lentiviral short hairpin RNA transfer induced ß-catenin nuclear translocation but downregulated cyclin D1, cyclin E1 and E2F2, causing HUVEC hypertrophy. Immunoprecipitation assay and mass spectrometry analysis revealed that HDAC7 directly binds to ß-catenin and forms a complex with 14-3-3 e, ?, and ? proteins. Vascular endothelial growth factor treatment induced HDAC7 degradation via PLC?-IP3K (phospholipase C?–inositol-1,4,5-trisphosphate kinase) signal pathway and partially rescued HDAC7-mediated suppression of proliferation. Moreover, vascular endothelial growth factor stimulation suppressed the binding of HDAC7 with ß-catenin, disrupting the complex and releasing ß-catenin to translocate into the nucleus.

Conclusions: These findings demonstrate that HDAC7 interacts with ß-catenin keeping ECs in a low proliferation stage and provides a novel insight into the mechanism of HDAC7-mediated signal pathways leading to endothelial growth

Sustained activation of XBP1 splicing leads to endothelial apoptosis and atherosclerosis development in response to disturbed flow

X-box binding protein 1 (XBP1) is a key signal transducer in endoplasmic reticulum stress response, and its potential role in the atherosclerosis development is unknown. This study aims to explore the impact of XBP1 on maintaining endothelial integrity related to atherosclerosis and to delineate the underlying mechanism. We found that XBP1 was highly expressed at branch points and areas of atherosclerotic lesions in the arteries of ApoE(-/-) mice, which was related to the severity of lesion development. In vitro study using human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) indicated that disturbed flow increased the activation of XBP1 expression and splicing. Overexpression of spliced XBP1 induced apoptosis of HUVECs and endothelial loss from blood vessels during ex vivo cultures because of caspase activation and down-regulation of VE-cadherin resulting from transcriptional suppression and matrix metalloproteinase-mediated degradation. Reconstitution of VE-cadherin by Ad-VEcad significantly increased Ad-XBP1s-infected HUVEC survival. Importantly, Ad-XBP1s gene transfer to the vessel wall of ApoE(-/-) mice resulted in development of atherosclerotic lesions after aorta isografting. These results indicate that XBP1 plays an important role in maintaining endothelial integrity and atherosclerosis development, which provides a potential therapeutic target to intervene in atherosclerosis.

Dual targeting of tumour cells and host endothelial cells by novel microtubule-targeting agents, pyrrolo-1,5-benzoxazepines

PURPOSE: Some members of a novel series of pyrrolo-1,5-benzoxazepines (PBOXs) are microtubule-targeting agents capable of inducing apoptosis in a variety of human cancerous cells, hence, they are currently being developed as potential anti-cancer agents. The purpose of this study was to first characterise the activities of a novel PBOX analogue, PBOX-16 and then investigate the anti-angiogenic potential of both PBOX-16 and its prototype PBOX-6.

METHODS: The effects of PBOX-6 and -16 on cancerous cells (chronic myeloid leukaemia K562 cells and ovarian carcinoma A2780 cells) and primary cultured human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) were examined by assessing cell proliferation, microtubular organisation, DNA analysis of cell cycle progression and caspase-3/7 activity. Their anti-angiogenic properties were then investigated by examining their ability to interfere with HUVEC differentiation into capillary-like structures and vascular endothelial growth factor (VEGF)-stimulated HUVEC migration.

RESULTS: PBOX-6 and -16 inhibited proliferation of K562, A2780 and HUVEC cells in a concentration-dependent manner. PBOX-16, confirmed as a novel depolymerising agent, was approximately tenfold more potent than PBOX-6. Inhibition of cell proliferation was mediated by G(2)/M arrest followed by varying degrees of apoptosis depending on the cell type; endothelial cells underwent less apoptosis than either of the cancer cell lines. In addition to the antitumourigenic properties, we also describe a novel antiangiogenic function for PBOXs: treatment with PBOXs inhibited the spontaneous differentiation of HUVECs into capillary-like structures when grown on a basement membrane matrix preparation (Matrigel™) and also significantly reduced VEGF-stimulated HUVEC migration.

CONCLUSION: Dual targeting of both the tumour cells and the host endothelial cells by PBOX compounds might enhance the anti-cancer efficacy of these drugs.

Identification of genes regulated by mir-363*, a regulator of bone marrow endothelial cell properties

As células estaminais hematopoiéticas residem na medula óssea e possuem capacidade para se auto-renovar e dar origem a todos os tipos de células sanguíneas. O endotélio da medula óssea é constituído por células endoteliais de medula óssea (BMEC) e compreende dois nichos com funções distintas: o nicho osteoblástico e o nicho vascular. O nicho osteoblásctico proporciona condições para a quiescência de células estaminais hematopoiéticas, enquanto no nicho vascular ocorre proliferação e diferenciação das mesmas. Quando ocorre um desequilíbrio na expressão de genes que codificam para proteínas envolvidas na mobilização de células do nicho osteoblástico para o nicho vascular – factores angiócrinos – ocorre uma desestabilização do microambiente medular, que se pode traduzir num processo tumoral. Os microRNAs (miRNAs) são uma classe de RNAs não codificantes, de cadeia simples, que regula a expressão génica. Os miRNAs são sequências endógenas de RNA que possuem entre 19 e 25 nucleótidos de tamanho. Os miRNAs são reguladores da expressão genica, induzindo o silenciamento a nível da pós-transcrição, através da sua ligação com uma sequência específica para a qual possuem afinidade, na região 3’ não traduzida (3’ UTR) dos seus mRNA alvo, conduzindo à inibição da tradução ou à sua degradação. Os miRNAs estão envolvidos na regulação de genes de diversas vias afectando processos fundamentais como hematopoiese, apoptose, proliferação celular e tumorigénese. Os níveis de expressão dos miRNAs estão alterados no cancro, podendo actuar directamente como supressores de tumor ou como oncogenes, sendo neste caso denominados de oncomirs. Os perfis dos níveis de expressão de vários miRNAs foram estudados, tendo-se verificado que se alteram durante o processo de carcinogénese, podendo actuar directamente como supressores de tumor ou como oncogenes, sendo neste caso denominados de oncomirs. Apesar do miR-363* estar envolvido na regulação da expressão de genes que regulam propriedades das células endoteliais e medula óssea, os genes sobre os quais exerce a sua função ainda não foram identificados.O objectivo do presente estudo é a identificação dos genes directamente regulados pelo miR-363* (genes alvo) e a sua relevância para a disfunção medular e a sua caracterização nos síndromes mielodisplásicos. A estratégia usada baseou-se na redução ou aumento forçados dos níveis de miR-363* em células endoteliais e subsequente análise da expressão génica através de microarrays de cDNA do genoma humano. A redução do miR-363* vai implicar o aumento da expressão dos seus genes alvo, assim como o aumento dos níveis do miR-363* vai induzir a degradação e consequente redução dos seus genes alvos. A intersecção dos dados gerados através do estudo da expressão com bases de dados que possuem algoritmos para previsão de genes alvo directos dos miRNAs (miRBase e MicroCosm Targets) permitiu restringir os genes a analisar a sete genes, nomeadamente BST1, ESAM, FCER1G, IKBKG, SELE, THBS3 e TIMP1. A interacção directa destes candidatos a alvos directos do miR-363* foi posteriormente validada. Para tal, as 3’UTR dos genes foram clonadas num vector que contém o gene da luciferase. Uma vez as clonagens realizadas, efectuaram-se ensaios funcionais em células endoteliais, nomeadamente HUVEC, nas quais se co-transfectaram os vectores gerados, anti-miRs ou pre-miRs (para diminuir ou aumentar o nível de miRNA) e o plasmídeo controlo da Renilla para normalização dos ensaios de luciferase. A variação da luminescência obtida em presença do aumento ou redução do miR-363* deu uma forte indicação da regulação directa do miR-363* nesses alvos. No entanto, a confirmação desta interacção directa foi efectuada através de ensaios de mutagénese, nos quais de induziram mutações na 3’UTR nos locais de ligação do miRNA, seguidos dos ensaios funcionais como acima descritos. Esta estratégia sugere que o TIMP1, inibidor da metaloprotease-9 (MMP-9), é regulado directamente pelo miR-363*. Adicionalmente, os níveis de expressão dos alvos directos do miR-363* foram estudados em 17 amostras de aspirados de medula óssea de doentes com síndromes mielodisplásicos. Os síndromes mielodisplásicos são caracterizados como um grupo heterogéneo de condições, que apresentam citopenias (produção deficiente de eritrócitos, leucócitos e/ou megacariócitos) e medula óssea displástica e hipercelular. A escalonagem dos doentes foi feita de acordo com o sistema de prognóstico IPSS elaborado pela Organização Mundial de Saúde, e que consiste numa tabela de risco de progressão de síndromes mielodisplásicos para leucemia mielóide aguda (LMA) e que agrupa os doentes em baixo risco – que compreende os níveis baixo e intermédio 1 – e em alto risco – que compreende os níveis intermédio 2 e alto. Dos genes regulados pelo miR-363*, o destacam-se o TIMP1, estando aumentando em doentes com mau prognóstico, e o THBS3 que apresenta um aumento nos doentes com prognóstico intermédio. Em suma, os estudos realizados permitiram a identificação de genes regulados pelo miR-363* e contribuiram para o conhecimento de como o miR-363* contribui para a disfunção medular, particularmente em síndromes mielodisplásicos, pela desregulação das propriedades endoteliais.

Antifungal nanofibers made by controlled release of sea animal derived peptide

© The Royal Society of Chemistry 2015

Lien entre l'hémostase et le développement néoplasique : rôle spécifique du facteur tissulaire et de l'inhibiteur du facteur tissulaire

Il est reconnu, depuis une centaine d’années, que des désordres de la coagulation, regroupés sous le terme de coagulopathies, sont souvent associés au développement néoplasique. Pendant de nombreuses années, ces coagulopathies furent souvent reconnues comme une simple conséquence du développement du cancer. D’ailleurs, pour les cliniciens, l’apparition de ces anomalies sanguines constitue souvent le premier signe clinique d’un cancer occulte. Toutefois, l’étude approfondie du lien existant entre le système hémostatique et le cancer indique que différents facteurs hémostatiques vont interagir avec soit l’environnement tumoral ou soit la tumeur elle-même et influencer le développement du cancer. Au cours de nos travaux, nous avons porté une attention particulière à deux protéines jouant un rôle primordial dans l’hémostase. Le facteur tissulaire (TF) et l’inhibiteur du facteur tissulaire (TFPI) peuvent jouer des rôles pro- ou anti-néoplasique, et ce indépendamment de leurs fonctions hémostatiques normales. Dans le premier volet de cette thèse, nous avons étudié les propriétés antiangiogéniques de TFPI. L’angiogenèse, soit la formation de nouveaux vaisseaux sanguins à partir du réseau pré-existant, est reconnue comme étant une étape clée du développement tumoral. D’après nos travaux, le TFPI peut inhiber la formation de structures de type capillaire des cellules endothéliales (CEs) de la veine ombilicale humaine (HUVEC), et ce à une IC 50 de 5 nM, soit la concentration physiologique de l’inhibiteur. De plus, le TFPI bloque la migration des cellules endothéliales lorsque ces dernières sont stimulées par la sphingosine-1-phosphate (S1P), une molécule relâchée lors de l’activation des plaquettes sanguines. Cette inhibition de la migration cellulaire s’explique par l’effet du TFPI sur l’adhésion des CEs. En effet, TFPI inhibe la phosphorylation de deux protéines clées participant à la formation des complexes d’adhésion focales soit FAK (focal adhesion kinase) et PAX (paxilin). L’inhibition de ces deux protéines suggère qu’il y ait une réorganisation des complexes focaux, pouvant expliquer la perte d’adhérence. Finalement, des études de microscopie confocale démontrent que les cellules traitées au TFPI changent de morphologie au niveau du cytosquelette d’actine provoquant une désorganisation des structures migratoires (pseudopodes). Les effets du TFPI au niveau de la migration, de l’adhésion et de la morphologie cellulaire sont strictement spécifiques aux cellules endothéliales humaines, puisque aucun n’effet n’est observé en traitant des cellules cancéreuses de glioblastomes (GB) humains, qui sont normalement des tumeurs hautement vascularisées. En résumé, cette première étude démontre que le TFPI est un inhibiteur de l’angiogenèse. Dans le second volet de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux différents rôles de TF, le principal activateur de la coagulation. Cette protéine est également impliquée dans le développement néoplasique et notamment celui des médulloblastomes (MB) chez l’enfant via des fonctions hémostatiques et non-hémostatiques. Nos travaux démontrent que l’expression de TF est induite par la voie de signalisation de HGF (hepatocyte growth factor) et de son récepteur Met. Cet effet de HGF/Met semble spécifique aux MB puisque HGF ne peut stimuler l’expression de TF au niveau des cellules cancéreuses de glioblastomes. TF, exprimé à la surface des cellules médulloblastiques (DAOY), est responsable de l’activité pro-thrombogénique de ces cellules, ainsi qu’un acteur important de la migration de ces cellules en réponse au facteur VIIa (FVIIa). De plus, en étudiant 18 spécimens cliniques de MB, nous avons établi un lien entre l’intensité d’expression de TF et de Met. L’importance de cette corrélation est également suggérée par l’observation que les cellules exprimant les plus forts taux de TF et de Met sont également les plus agressives en termes d’index de prolifération et de dissémination métastatiques. En résumé, ces travaux représentent le point de départ pour la mise au point de TF comme un marqueur diagnostique clinique dans les cas de tumeurs du cerveau pédiatriques. De plus, l’élucidation de la voie de signalisation moléculaire responsable de l’expression de TF permet de mieux comprendre la biologie et le fonctionnement de ces tumeurs et de relier le profil d’expression de TF aux phénotypes agressifs de la maladie. Il est reconnu que HGF peut également jouer un rôle protecteur contre l’apoptose. Dans le troisième volet de cette thèse, nous avons remarqué que cette protection est corrélée à l’expression de TF. En réduisant à néant l’expression de TF à l’aide de la technologie des ARN silencieux (siRNA), nous démontrons que HGF ne protège plus les cellules contre l’apoptose. Donc, TF médie l’activité anti-apoptotique de HGF. TF assume cette protection en inactivant la phosphorylation de p53 sur la sérine 15, empêchant ainsi la translocation de p53 au noyau. Finalement, l’expression de TF et son interaction avec le FVIIa, au niveau des cellules médulloblastiques favorise la survie de ces dernières et ce même si elles sont soumises à de fortes concentrations de médicaments couramment utilisées en cliniques. Ce troisième et dernier volet démontre l’implication de TF en tant que facteur impliqué dans la survie des cellules cancéreuses, favorisant ainsi le développement de la tumeur. Dans son ensemble, cette thèse vise à démontrer que les facteurs impliqués normalement dans des fonctions hémostatiques (TFPI et TF) peuvent contribuer à réguler le développement tumoral. Tout système physiologique et pathologique est dépendant d’un équilibre entre activateur et inhibiteur et la participation de TF et de TFPI à la régulation du développement néoplasique illustre bien cette balance délicate. Par sa contribution anti- ou pro-néoplasique le système hémostatique constitue beaucoup plus qu’une simple conséquence du cancer; il fait partie par l’action de TF des stratégies élaborées par les cellules cancéreuses pour assurer leur croissance, leur déplacement et leur survie, alors que TFPI tente de limiter la croissance tumorale en diminuant la vascularisation.

Etude des propriétés physicochimiques des vecteurs nanoparticulaires

Cette thèse rapporte l’étude des propriétés physicochimiques des nanoparticles polymériques et leur impact sur l’interaction avec les cellules vivantes. Nous nous sommes tout spécialement attachés à étudier l’effet des propriétés adhésives et mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration de la membrane cellulaire. Pour ce faire, nous avons tout d’abord utilisé des nanoparticules d’acide polylactique (PLA) fonctionnalisées en surface avec un ligand des sélectines E et P. Le greffage du ligand sur la particule s’est fait par une nouvelle méthode expérimentale garantissant la présence du ligand à la surface de la particule durant toute sa durée de vie. Cette méthode consiste à mélanger un polymère fonctionnalisé avec le ligand avec un autre polymère non fonctionnalisé. La présence du ligand à la surface des nanoparticules formées à partir de ce mélange de polymères a été confirmée par analyse ToF SIMS. Nous avons pu prouver que les particules possédant le ligand greffé à leur surface démontraient une capacité adhésive supérieure à leurs homologues non fonctionnalisés sur des cellules endothéliales HUVEC activées par différentes drogues. De plus, le captage des particules par les cellules HUVEC est modulé par le niveau d’expression des récepteurs selectine E et P et aussi par la quantité de ligand libre. Ces résultats montrent clairement que le greffage du ligand confère aux particules des propriétés adhésives accrues et spécifiques ce qui permet leur usage postérieure comme vecteur pharmaceutique capable de cibler un récepteur particulier à la surface d’une cellule. Nous avons aussi démontré que l’interaction entre les nanoparticules et la membrane cellulaire peut aussi être contrôlée aussi bien par les propriétés mécaniques de la cellule que de la nanoparticule. Dans une première étape, nous avons mesuré à l’aide de l’appareil de forces de surface l’élasticité de cellules macrophagiques déposées sur différents substrats. En contrôlant l’interaction entre la cellule et le substrat sur lequel elle repose nous avons montré qu’il était possible de modifier à ii volonté les propriétés mécaniques cellulaire. Une augmentation de l’élasticité cellulaire s’accompagne d’une augmentation systématique de l’internalisation de nanoparticules de PLA non fonctionnalisées. Ceci suggère un rôle prépondérant des propriétés mécaniques du cortex cellulaire dans le captage des nanoparticules de PLA. Dans une seconde étape, nous avons étudié l’effet des propriétés mécaniques des nanoparticules sur leur capacité de pénétration cellulaire. Pour ce faire, nous avons synthétisé des particules d’hydrogel dont l’élasticité était contrôlée par le degré d’agent réticulant inclus dans leur formulation. Le contrôle des propriétés mécaniques des nanoparticules a été confirmé par la mesure du module de Young des particules par microscopie de force atomique. L’impact des propriétés mécaniques de ces particules sur leur capacité de pénétration dans les cellules vivantes a été étudié sur des cellules macrophagiques de souris. Les résultats ont montré que la cinétique d’internalisation, la quantité de particules internalisées et le mécanisme d’internalisation dépendent tous du module de Young des nanoparticules. Aucune différence dans le trajet intracellulaire des particules n’a pu être observée malgré le fait que différentes voies d’internalisation aient été observées. Ce dernier résultat peut s’expliquer par le fait que les nanoparticules sont internalisées par plusieurs voie simultanément ce qui facilite leur accumulation dans les organelles digestives intracellulaires. Un modèle simple permettant d’expliquer ces résultats a été proposé et discuté.

MiR-16, un nouveau régulateur du transporteur de glucose dépendant de l’insuline GLUT-4

Les microARNs sont des petits ARNs non codants d'environ 22 nucléotides qui régulent négativement la traduction de l'ARN messager cible (ARNm) et ont donc des fonctions cellulaires. Le microARN-16 (miR-16) est connu pour ses effets antiprolifératifs. Nous avons observé que l’expression de miR-16 est diminuée dans les cellules endothéliales humaines sénescentes et quiescentes en comparaison à des cellules prolifératives. Une analyse informatique des sites potentiels de liaison de miR-16 prévoit que GLUT-4, un transporteur du glucose insulinodépendant, pourrait être une cible potentielle du miR-16. Nous avons donc testé l'hypothèse que miR-16 régule négativement le métabolisme du glucose cellulaire. Dans des HUVEC, l'inhibition de miR-16 endogène avec des anti-miRNA oligonucléotides (AMO) augmente les niveaux protéiques de GLUT-4 de 1,7 ± 0,4 fois (p=0,0037 ; n=9). Dans des souris nourries avec un régime alimentaire normal ou riche en graisse et en sucre, l’expression de GLUT-4 dans le muscle squelettique a tendance à corréler négativement avec les niveaux de miR-16 (p=0,0998, r2=0,3866, n=4). Ces résultats suggèrent que miR-16 est un régulateur négatif de GLUT-4 et qu’il pourrait être impliqué dans la régulation du métabolisme cellulaire du glucose.

Rôle de l’axe CD40L/CD40 dans les cellules endothéliales progénitrices

Les cellules endothéliales progénitrices («Endothelial Progenitor Cells», EPCs) sont des précurseurs endothéliaux qui possèdent un potentiel considérable dans la réparation et la régénération vasculaire. Dans le contexte des maladies cardiovasculaires, la compréhension du rôle des EPCs dans la régulation de la thrombogenèse et la réparation endothéliale est pertinente et nécessaire pour comprendre leur potentiel thérapeutique. Nous avons rapporté que les EPCs interagissent avec les plaquettes via la P-sélectine et inhibent l’adhésion, l’activation et l’agrégation des plaquettes ainsi que la formation de thrombus. Plus récemment, nous avons démontré que les EPCs expriment le récepteur inflammatoire CD40 et il est bien connu que les plaquettes constituent la source principale de la forme soluble de son agoniste le CD40L («soluble CD40 Ligand», sCD40L). Ainsi, nous avons émis l’hypothèse principale que l’axe CD40L/CD40 dans les EPCs influence leurs fonctions anti-thrombotique et pro-angiogénique. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons réussi à générer des «early» et «late» EPCs à partir de cellules mononucléaires du sang périphérique («Peripheral Blood Mononuclear Cells», PBMCs) en culture. Nous avons mis en évidence l’existence de l’axe CD40L/CD40 dans ces EPCs en démontrant l’expression des protéines adaptatrices, nommées les facteurs associés au récepteur du facteur de nécrose tumorale («TNF Receptor Associated Factors», TRAFs). Dans une première étude, nous avons investigué l’effet du sCD40L sur la fonction des «early» EPCs dans l’agrégation plaquettaire. En effet, nous avons démontré que le sCD40L renverse leur effet inhibiteur sur l’agrégation plaquettaire, et ce sans avoir un effet significatif sur la sécrétion de prostacycline (PGI2) et d’oxyde nitrique («Nitric Oxide», NO) par ces cellules. De plus, aucun effet du sCD40L n’a été noté sur l’apoptose et la viabilité de ces cellules. Par contre, nous avons noté une augmentation importante du stress oxydatif dans les «early» EPCs suite à leur stimulation avec le sCD40L. L’inhibition du stress oxydatif renverse l’effet du sCD40L sur les «early» EPCs dans l’agrégation plaquettaire. Ces résultats pourraient expliquer, en partie, la fonction réduite des EPCs chez les individus présentant des niveaux élevés de sCD40L en circulation. Dans une deuxième étude, nous avons étudié l’effet de sCD40L dans la fonction des «early» EPCs en relation avec l’angiogenèse. Nous avons identifié, dans un premier temps,les métalloprotéinases de la matrice («Matrix Metalloproteinases», MMPs) qui sont sécrétées par ces cellules. Nous avons trouvé que les «early» EPCs relâchent principalement la MMP-9 et que cette relâche est augmentée par le sCD40L. Le sCD40L induit aussi la phosphorylation de la p38 MAPK qui contribue à augmenter la sécrétion de MMP-9. Des études fonctionnelles ont démontré que le prétraitement des «early» EPCs au sCD40L potentialise la réparation endothéliale des HUVECs. En conclusion, l’ensemble de nos travaux, dans le cadre de ce projet de doctorat, nous a permis d’élucider les mécanismes responsables de l’action du sCD40L sur les effets inhibiteur et angiogénique des «early» EPCs dans l’agrégation plaquettaire et l’angiogenèse, respectivement. Ces résultats ajoutent de nouvelles connaissances sur le rôle des EPCs et pourront constituer la base pour des études futures permettant de corréler les niveaux élevés du sCD40L circulant et l’incidence des maladies cardiovasculaires, particulièrement l’athérothrombose.