Étude moléculaire et cellulaire des mutants de la protéine de Tamm-Horsfall (THP) dans la néphropathie hyperuricémique familiale juvénile (NHFJ)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Étude moléculaire et cellulaire des mutants de la protéine de Tamm-Horsfall (THP) dans la néphropathie hyperuricémique familiale juvénile (NHFJ)

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Pathological excretion patterns of urinary proteins in miners highly exposed to dinitrotoluene

A cohort of 161 underground miners who had been highly exposed to dinitrotoluene (DNT) in the copper-mining industry of the former German Democratic Republic was reinvestigated for signs of subclinical renal damage. The study included a screening of urinary proteins excreted by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and quantitations of the specific urinary proteins α 1-microglobulin and glutathione-S-transferase α (GST α) as biomarkers for damage of the proximal tubule and glutathione-S-transferase π (GST π) for damage of the distal tubule. The exposures were categorized semiquantitatively (low, medium, high, and very high), according to the type and duration of professional contact with DNT. A straight dose-dependence of pathological protein excretion patterns with the semiquantitative ranking of DNT exposure was seen. Most of the previously reported cancer cases of the urinary tract, especially those in the higher exposed groups, were confined to pathological urinary protein excretion patterns. The damage from DNT was directed toward the tubular system. In many cases, the appearance of Tamm-Horsfall protein, a 105-kD protein marker, was noted. Data on the biomarkers α 1-microglobulin, GST α, and GST π consistently demonstrated a dose-dependent increase in tubular damage, which confirmed the results of screening by SDS-PAGE and clearly indicated a nephrotoxic effect of DNT under the given conditions of exposure. Within the cluster of cancer patients observed among the DNT-exposed workers, only in exceptional cases were normal biomarker excretions found.

Genome-wide study of familial juvenile hyperuricaemic (gouty) nephropathy (FJHN) indicates a new locus, FJHN3, linked to chromosome 2p22.1-p21

Familial juvenile hyperuricaemic (gouty) nephropathy (FJHN), is an autosomal dominant disease associated with a reduced fractional excretion of urate, and progressive renal failure. FJHN is genetically heterogeneous and due to mutations of three genes: uromodulin (UMOD), renin (REN) and hepatocyte nuclear factor-1beta (HNF-1β) on chromosomes 16p12, 1q32.1, and 17q12, respectively. However, UMOD, REN or HNF-1β mutations are found in only ~45% of FJHN probands, indicating the involvement of other genetic loci in ~55% of probands. To identify other FJHN loci, we performed a single nucleotide polymorphism (SNP)-based genome-wide linkage analysis, in six FJHN families in whom UMOD, HNF-1β and REN mutations had been excluded. Parametric linkage analysis using a 'rare dominant' model established linkage in five of the six FJHN families, with a LOD score >+3, at 0% recombination, between FJHN and SNPs at chromosome 2p22.1-p21. Analysis of individual recombinants in two unrelated affected individuals defined a ~5.5 Mbp interval, flanked telomerically by SNP RS372139 and centromerically by RS896986 that contained the locus, designated FJHN3. The interval contains 28 genes, and DNA sequence analysis of the most likely candidate, solute carrier family 8 member 1 (SLC8A1), did not identify any abnormalities in the FJHN3 probands. FJHN3 is likely located within a ~5.5 Mbp interval on chromosome 2p22.1-p21, and identifying the genetic abnormality will help to further elucidate mechanisms predisposing to gout and renal failure.

Protein profiling of urine from dogs with renal disease using ProteinChip analysis

Measurement of total urinary proteins in individuals that tested positive by urinary dipstick is a typical method for assessing the presence of potentially serious renal disorders. In the absence of such overt proteinuria, however, measurement of specific urinary proteins may be useful in the diagnosis of nephropathies and may provide greater insight into the pathogenesis. The urine of 28 dogs (16 with renal disease and 12 healthy) was evaluated to determine whether specific low-molecular-weight proteins or the pattern of protein excretion could also be used as a marker of tubular dysfunction in dogs. Specific proteins were assessed by immunological methods, whereas protein profiles were determined by surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MS). In particular, changes in the excretion of retinol-binding protein (RBP) and Tamm-Horsfall protein (THP) appear to be of clinical relevance in the diagnosis of canine kidney diseases. The pattern of urinary protein and peptides revealed specific changes in abundance in dogs with renal disease at molecular masses (kD) of 11.58, 12.41, 12.60, 14.58, 20.95 (RBP), 27.85, and 65.69 (albumin). In conclusion, comparable proteins as in humans might be used as urinary markers for proximal (RBP) and distal (THP) tubular dysfunction in dogs. Surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight MS is a promising tool for the study of kidney physiology and pathophysiology and might aid in the discovery of new biomarkers of renal disease.

Levels of retinol and retinyl esters in plasma and urine of dogs with urolithiasis

Vitamin A (VA) deficiency and Tamm-Horsfall glycoprotein (THP), a protein that binds retinol and retinyl esters in canine urine, might be involved in the pathogenesis of urolithiasis in dogs. In the present study, we assessed levels of retinol, retinyl esters, retinol-binding protein (RBP) and THP in plasma and urine of dogs with a history of urolithiasis (n = 25) compared with clinically healthy controls (n = 18). Plasma retinol concentrations were higher in dogs with uroliths of struvit (P < 0.01), calcium oxalate (P < 0.05), urate (P < 0.01) and cysteine, but there were no differences in the concentrations of plasma RBP and retinyl esters. Excretion of urinary retinol and retinyl esters were tentatively, but not significantly higher in the stone-forming groups, which was accompanied by increased levels of urinary RBP (P < 0.01) and lower excretions in THP (P < 0.01). The results show that VA deficiency may be excluded as a potential cause for canine urolithiasis. However, the occurrence of RBP and a concomitant reduction of THP in urine indicates a disturbed kidney function as cause or consequence of stone formation in dogs.

Effects of chronic renal disease on the transport of vitamin A in plasma and urine of dogs

OBJECTIVE To determine plasma and urine concentrations of retinol, retinyl esters, retinol-binding protein (RBP), and Tamm-Horsfall protein (THP) in dogs with chronic renal disease (CRD). ANIMALS 17 dogs with naturally developing CRD and 21 healthy control dogs. PROCEDURE A diagnosis of CRD was established on the basis of clinical signs, plasma concentrations of creatinine and urea, and results of urinalysis. Concentrations of retinol and retinyl esters were measured by use of reverse-phase high-performance liquid chromatography. Concentrations of RBP and THP were measured by use of sensitive ELISA systems. RESULTS Dogs with CRD had higher plasma concentrations of retinol, which were not paralleled by differences in plasma concentrations of RBP. Calculated ratio of urinary total vitamin A (sum of concentrations of retinol and retinyl esters to creatinine concentration) and ratio of the concentration of urinary retinyl esters to creatinine concentration did not differ between groups. However, we detected a significantly higher retinol-to-creatinine ratio in the urine of dogs with CRD, which was paralleled by a higher urinary RBP-to-creatinine ratio. Thus, in dogs with CRD, the estimated fractional clearance of total vitamin A, retinol, and RBP was increased. Furthermore, dogs with CRD had a reduced urinary THP-to-creatinine ratio. CONCLUSIONS AND CLINICAL RELEVANCE Results of this study documented that CRD affects the concentrations of retinol in plasma and urine of dogs. Analysis of the data indicates that measurement of urinary RBP and urinary THP concentrations provides valuable information that can be helpful in follow-up monitoring of dogs with CRD.

Exciton-Plasmon States in Nanoscale Materials: Breakdown of the Tamm-Dancoff Approximation

Within the Tamm-Dancoff approximation, ab initio approaches describe excitons as packets of electron-hole pairs propagating only forward in time. However, we show that in nanoscale materials excitons and plasmons hybridize, creating exciton-plasmon states where the electron-hole pairs oscillate back and forth in time. Then, as exemplified by the trans-azobenzene molecule and the carbon nanotubes, the Tamm-Dancoff approximation yields errors larger than the accuracy claimed in ab initio calculations. Instead, we propose a general and efficient approach that avoids the Tamm-Dancoff approximation, correctly describes excitons, plasmons, and exciton-plasmon states, and provides a good agreement with experimental results.

Analyse du profil d’expression de la protéine pro-apoptotique Dap-3 dans les vésicules extracellulaires produites dans le contexte de l’infection au VIH-1

L’immunopathogenèse de l’infection au VIH-1 est principalement causée par la déplétion des LT CD4 (lymphocytes T-CD4). Cette mort des LT CD4 dépend de plusieurs facteurs comme la lyse des LT CD4 infectés et la présence de vésicules extracellulaires et d’exosomes libérées par les cellules dendritiques et les LT CD4 infectés au VIH-1. L’analyse protéomique des exosomes issus des cellules dendritiques mises en culture avec le VIH-1 a révélé la présence de molécules pro-apoptotiques comme le Dap-3 (Death Associated Protein 3). Nous avons proposé comme hypothèse que le Dap-3 puisse être contenu dans d’autres types de vésicules extracellulaires et que le Dap-3 vésiculaire contribue à la déplétion des LT CD4. Après avoir optimisé l’immunobuvardage avec l’anti-Dap-3, nous avons déterminé la présence de Dap-3 dans les vésicules extracellulaires issues des cellules RAJI-CD4-DCIR infectées au VIH-1. L’utilisation de gradients de vélocité nous a permis d’observer la présence de Dap-3 dans les fractions du gradient contenant les exosomes issus des cellules RAJI-CD4-DCIR infectées, mais également dans d’autres fractions du gradient de vélocité encore non caractérisées. Chez les patients, nous avons montré une hétérogénéité des vésicules extracellulaires dans les fractions du gradient de vélocité issues des plasmas des patients VIH-1+. Ces résultats indiquent la présence de plusieurs populations de vésicules extracellulaires séparées par la méthode du gradient de vélocité. Enfin, la transfection des cellules RAJI-CD4-DCIR et des cellules dendritiques a été mise au point avec les ARN anti-sens de Dap-3 afin de produire éventuellement des vésicules Dap-3 négatives. Ce projet de recherche aura permis de valider les outils nécessaires à la poursuite de l’étude du rôle de Dap-3 dans la pathogenèse de l’infection au VIH-1.

La protéine majeure de la capside de l’HSV-1 est ubiquitinée

Le virus de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1) est le pathogène humain responsable des lésions herpétiques labiales, plus communément appelé « feux sauvages ». Annuellement, il est responsable de plusieurs cas d’encéphalites et d’infections de l’appareil visuel qui sont la principale cause de cécité en Amérique du Nord. Bien qu’il existe quelques traitements antiviraux, aucun vaccin ou médicament ne permet de prévenir ou de guérir les infections causées par ce virus. Aujourd’hui, les infections produites par l’HSV-1 sont présentes partout sur la planète. Récemment, une étude en protéomique effectuée sur les virus matures extracellulaires a permis d’identifier la présence d’ubiquitines libres et d’enzymes reliées à la machinerie d’ubiquitination dans le virus. De plus, le virus exploite cette machinerie au cours de l’infection. Il est connu que certaines protéines virales sont ubiquitinées durant une infection et que le virus imite même certaines enzymes d’ubiquitination. Nous avons donc entrepris des recherches afin d’identifier des protéines virales ubiquitinées qui pourraient être présentes dans les virus matures ainsi que leurs rôles potentiels. La protéine majeure de la capside, VP5, un constituant très important du virus, a été identifiée. Nos recherches nous ont permis de caractériser le type d’ubiquitination, une monoubiquitination sur les lysines K810 et/ou K1275 de VP5. Le rôle que pourrait jouer l’ubiquitination de VP5 dans le cycle de réplication virale et dans les virus matures n’est toutefois pas encore connu.

Impact d’une mutation ponctuelle stratégique de la protéine HOXB4 sur son pouvoir de régulation, de prolifération et de différenciation des CSH et des progéniteurs murins

L’expansion des cellules souches hématopoïétiques ex vivo représente une option des plus intéressante afin d’améliorer les greffes de moelle osseuse. Le facteur de transcription HOXB4 semble être le candidat ayant le plus de potentiel jusqu’à présent. Cependant, la très courte demi-vie de la protéine représente un obstacle majeur dans l’élaboration de protocoles cliniques. Par contre, la substitution d’un acide aminé (3 mutations individuelles) dans la partie N-terminale de la protéine augmente de près de 3 fois la stabilité intracellulaire de HOXB4. Nous avons comparé l’activité biologique de ces mutants à celle de HOXB4 natif (« wt ») dans des essais in vitro et in vivo. Nous avons démontré que la surexpression de HOXB4 muté par infection des cellules souches hématopoïétiques n’affectait pas leur pouvoir de reconstitution hématopoïétique à long terme dans des souris transplantées. Par ailleurs, nous avons noté que dans les essais de reconstitution hématopoïétique en compétition et en non compétition, les cellules surexprimant les protéines mutées ont une expansion supérieure in vitro et reconstituent le sang et la rate avec une répartition de cellules lymphoïdes et myéloïdes plus près de souris non-transplantées comparativement aux cellules exprimant HOXB4 « wt ». De plus, les cellules surexprimant la protéine HOXB4 mutée apparaissent beaucoup plus rapidement et en plus grande proportion dans le sang comparativement aux cellules surexprimant la forme native. Une des protéines HOXB4 mutées (1426) ne permet pas l’expansion des progéniteurs myéloïdes immatures (CMP) contrairement à la protéine « wt ». Et finalement, par les études de modulation intracellulaire protéique, nous avons démontré que les comportements des protéines HOXB4 « wt » et mutées envers les cellules souches hématopoïétiques et progéniteurs n’étaient pas complètement dus à un effet de concentration protéique.

Caractérisation moléculaire et fonctionnelle de Cif1p, une protéine orpheline impliquée dans le phénomène épigénétique de viabilité de la levure S. pombe en absence de la chaperone calnexine.

Le repliement des protéines est un processus cellulaire crucial impliquant plusieurs protéines dont la calnexine, une chaperone du réticulum endoplasmique. Notre laboratoire et un autre groupe avons démontré que la calnexine est essentielle à la viabilité de la levure Schizosaccharomyces pombe. Dans le cadre d’études structure-fonction portant sur cette protéine, nous avons découvert un phénomène permettant la viabilité des cellules en absence de la calnexine. Cet état, nommé Cin pour calnexine independence, est induit par un mutant de la calnexine dépourvu du domaine central hautement conservé (Δhcd_Cnx1p). La caractérisation de l’état Cin a révélé plusieurs caractéristiques particulières telle la dominance, sa transmission de façon non-Mendélienne à la progéniture méïotique et sa transmission par des extraits protéiques dépourvus d’acides nucléiques. Toutes ces propriétés suggèrent donc que l’état Cin est médié via un élément de type prion. Le gène cif1+, pour calnexin independence factor, a été isolé lors de criblages visant à identifier des gènes impliqués dans l’état Cin. Il encode pour une protéine orpheline dont la surexpression induit de façon stable un état de viabilité en l’absence de la calnexine. Cet état diffère génétiquement et phénotypiquement de l’état Cin induit par le mutant Δhcd_Cnx1p préalablement caractérisé, ce qui suggère deux voies parallèles de signalisation du phénomène Cin. Une caractérisation exhaustive de Cif1p a permis de démontrer qu’il ne s’agissait pas du prion responsable de l’état Cin, malgré que cette protéine possède certaines propriétés typiques des prions in vitro. Finalement, Cif1p est une protéine nucléolaire dont la bonne localisation est essentielle à sa capacité à induire l’état Cin. Ceci suggère une interaction entre la fonction essentielle de la calnexine et une fonction exécutée dans le nucléole. Lors d’études visant à élucider la fonction cellulaire de Cif1p, il a été établi qu’elle interagissait avec certaines protéines de la grosse sous-unité du ribosome telle la protéine L3. Cependant, Cif1p ne co-sédimente pas avec des sous-unités ribosomales assemblées, des ribosomes ou des polysomes. De plus, des cellules contenant une délétion génomique de cif1 voient leur contenu en ribosomes perturbé lors de la phase stationnaire. Il semble donc que Cif1p joue un rôle dans la biosynthèse des ribosomes lors de la phase stationnaire. Ce rôle spécifique à cette phase de croissance coincide avec un clivage de la portion N-terminale de Cif1p, clivage qui a lieu lors de l’entrée des cellules en phase stationnaire. De plus, des études effectuées récemment dans notre laboratoire proposent que la calnexine joue un rôle important dans la signalisation de l’apoptose, et ce particulièrement en phase stationnaire. Ainsi, une voie impliquant Cif1p, sa fonction nucléolaire dans la biosynthèse des ribosomes en phase stationnaire, la calnexine et la médiation de l’apoptose semble se dessiner. D’autres travaux, notamment sur la fonction exacte de Cif1p, le rôle de son clivage et les autres composantes impliquées dans le phénomène Cin nous permettront de dessiner un portrait plus complet de cette voie cellulaire inédite.

Rôle de la protéine tyrosine phosphatase DEP-1 dans la régulation du programme angiogénique induit par le VEGF

Depuis la découverte de la première protéine possédant une activité tyrosine kinase (protein tyrosine kinase [PTK]) dans les années 1980, l’importance des PTKs et de la phosphorylation sur résidu tyrosine dans la régulation des événements de signalisation intracellulaire est bien établie. Quant aux protéines qui possèdent une activité tyrosine phosphatase (protein tyrosine phosphatase [PTP]), dont l’existence n’a été dévoilée qu’une dixaine d’années plus tard, elles ont longtemps été perçues comme des enzymes dont le rôle ne se résumait qu'à contrecarrer passivement les activités des PTKs. Il est maintenant clair que les activités des PTPs sont spécifiques, hautement régulées, et qu’elles doivent être coordonnées avec celles des PTKs pour une régulation adéquate des événements de signalisation intracellulaire. En dépit de cette évidence, la contribution des PTPs à la régulation des différents processus physiologiques fondamentaux demeure encore peu caractérisée. C’est le cas, notamment, de l’angiogenèse, le processus par lequel de nouveaux vaisseaux sanguins sont formés à partir de ceux préexistants. Le VEGF (Vascular endothelial growth factor), un des facteurs angiogéniques les plus importants, est connu pour induire majoritairement ses effets biologiques via l’activation du récepteur à activité tyrosine kinase VEGFR2 (Vascular endothelial growth factor receptor 2). Puisque l’angiogenèse est impliquée dans le développement d’une multitude de pathologies, dont la progression tumorale, une meilleure caractérisation des PTPs qui assurent la qualité de la réponse angiogénique en agissant de pair avec le VEGFR2 s’avère cruciale et ce, afin de raffiner les outils thérapeutiques actuels. L’expression de la PTP DEP-1 corrèle avec la déphosphorylation du récepteur VEGFR2 localisé au niveau des jonctions cellules-cellules et contribue à l’inhibition de la prolifération des cellules endothéliales en réponse au VEGF lorsque les cellules sont à confluence. Par contre, la contribution spécifique de DEP-1 à la régulation des voies de signalisation et des réponses biologiques induites par le VEGF demeurait toujours inconnue. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse démontrent tout d’abord que DEP-1 régule négativement l’activité tyrosine kinase de VEGFR2 en déphosphorylant spécifiquement les résidus tyrosine Y1054/Y1059 de sa boucle d’activation. Cette déphosphorylation mène par conséquent à une diminution générale de la phosphorylation du récepteur et à une atténuation de la plupart des voies de signalisation induites par le VEGF, incluant la voie mitogénique PLCγ-ERK1/2. Par ailleurs, malgré ce rôle négatif global, nos travaux révèlent étonnement, et pour la première fois, que DEP-1 contribue d’une manière positive à la promotion de la survie des cellules endothéliales via l’activation de la voie Src-Gab1-Akt en aval du récepteur VEGFR2. Ce pouvoir pro-survie de DEP-1 dans les cellules endothéliales réside avant tout dans sa capactié à déphosphoryler la tyrosine inhibitrice de Src (Y529). Au cours de notre étude, nous avons pu identifier deux résidus tyrosine au niveau de l’extrémité carboxy-terminale de DEP-1, Y1311 et Y1320, dont la phosphorylation est dépendante de Src. Nos travaux révèlent par ailleurs que ces deux résidus tyrosine phosphorylés lient le domaine SH2 de Src et que la Y1320 est principalement requise pour l’activation de Src et d’Akt en réponse au VEGF dans les cellules endothéliales. Ces résultats constituent donc une avancée majeure dans la compréhension des mécanismes moléculaires par lesquels DEP-1 peut réguler le programme angiogénique dépendant du VEGF. De plus, cette découverte d’un rôle positif pour DEP-1 dans la survie des cellules endothéliales pourrait mener à l’élaboration de nouvelles approches thérapeutiques visant à inhiber cette fonction spécifique de DEP-1 pour bloquer l'angiogenèse pathologique.

Rôle de la protéine ScFRK1 dans le développement du sac embryonnaire et son impact sur le guidage des tubes polliniques

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux.