Impact of the phosphatidylinositide 3-kinase signaling pathway on the cardioprotection induced by intermittent hypoxia.

BACKGROUND: Exposure to intermittent hypoxia (IH) may enhance cardiac function and protects heart against ischemia-reperfusion (I/R) injury. To elucidate the underlying mechanisms, we developed a cardioprotective IH model that was characterized at hemodynamic, biochemical and molecular levels. METHODS: Mice were exposed to 4 daily IH cycles (each composed of 2-min at 6-8% O2 followed by 3-min reoxygenation for 5 times) for 14 days, with normoxic mice as controls. Mice were then anesthetized and subdivided in various subgroups for analysis of contractility (pressure-volume loop), morphology, biochemistry or resistance to I/R (30-min occlusion of the left anterior descending coronary artery (LAD) followed by reperfusion and measurement of the area at risk and infarct size). In some mice, the phosphatidylinositide 3-kinase (PI3K) inhibitor wortmannin was administered (24 µg/kg ip) 15 min before LAD. RESULTS: We found that IH did not induce myocardial hypertrophy; rather both contractility and cardiac function improved with greater number of capillaries per unit volume and greater expression of VEGF-R2, but not of VEGF. Besides increasing the phosphorylation of protein kinase B (Akt) and the endothelial isoform of NO synthase with respect to control, IH reduced the infarct size and post-LAD proteins carbonylation, index of oxidative damage. Administration of wortmannin reduced the level of Akt phosphorylation and worsened the infarct size. CONCLUSION: We conclude that the PI3K/Akt pathway is crucial for IH-induced cardioprotection and may represent a viable target to reduce myocardial I/R injury.

Angiostatic kinase inhibitors to sustain photodynamic angio-occlusion.

Targeted angiostatic therapy receives major attention for the treatment of cancer and exudative age-related macular degeneration (AMD). Photodynamic therapy (PDT) has been used as an effective clinical approach for these diseases. As PDT can cause an angiogenic response in the treated tissue, combination of PDT with anti-angiogenic compounds should lead to improved therapy. This study was undertaken to test the clinically used small molecule kinase inhibitors Nexavar® (sorafenib), Tarceva® (erlotinib) and Sutent® (sunitinib) for this purpose, and to compare the results to the combination of Visudyne®-PDT with Avastin® (bevacizumab) treatment. When topically applied to the chicken chorioallantoic membrane at embryo development day (EDD) 7, a clear inhibition of blood vessel development was observed, with sorafenib being most efficient. To investigate the combination with phototherapy, Visudyne®-PDT was first applied on EDD11 to close all <100 μm vessels. Application of angiostatics after PDT resulted in a significant decrease in vessel regrowth in terms of reduced vessel density and number of branching points/mm(2) . As the 50% effective dose (ED50) for all compounds was approximately 10-fold lower, Sorafenib outperformed the other compounds. In vitro, all kinase inhibitors decreased the viability of human umbilical vein endothelial cells. Sunitinib convincingly inhibited the in vitro migration of endothelial cells. These results suggest the therapeutic potential of these compounds for application in combination with PDT in anti-cancer approaches, and possibly also in the treatment of other diseases where angiogenesis plays an important role.

Characterization of the phosphorylation sites involved in G protein-coupled receptor kinase- and protein kinase C-mediated desensitization of the alpha1B-adrenergic receptor.

Catecholamines as well as phorbol esters can induce the phosphorylation and desensitization of the alpha1B-adrenergic receptor (alpha1BAR). In this study, phosphoamino acid analysis of the phosphorylated alpha1BAR revealed that both epinephrine- and phorbol ester-induced phosphorylation predominantly occurs at serine residues of the receptor. The findings obtained with receptor mutants in which portions of the C-tail were truncated or deleted indicated that a region of 21 amino acids (393-413) of the carboxyl terminus including seven serines contains the main phosphorylation sites involved in agonist- as well as phorbol ester-induced phosphorylation and desensitization of the alpha1BAR. To identify the serines invoved in agonist- versus phorbol ester-dependent regulation of the receptor, two different strategies were adopted, the seven serines were either substituted with alanine or reintroduced into a mutant lacking all of them. Our findings indicate that Ser394 and Ser400 were phosphorylated following phorbol ester-induced activation of protein kinase C, whereas Ser404, Ser408, and Ser410 were phosphorylated upon stimulation of the alpha1BAR with epinephrine. The observation that overexpression of G protein-coupled kinase 2 (GRK2) could increase agonist-induced phosphorylation of Ser404, Ser408, and Ser410, strongly suggests that these serines are the phosphorylation sites of the alpha1BAR for kinases of the GRK family. Phorbol ester-induced phosphorylation of the Ser394 and Ser400 as well as GRK2-mediated phosphorylation of the Ser404, Ser408, and Ser410, resulted in the desensitization of alpha1BAR-mediated inositol phosphate response. This study provides generalities about the biochemical mechanisms underlying homologous and heterologous desensitization of G protein-coupled receptors linked to the activation of phospholipase C.

IB1 reduces cytokine-induced apoptosis of insulin-secreting cells.

IB1/JIP-1 is a scaffold protein that interacts with upstream components of the c-Jun N-terminal kinase (JNK) signaling pathway. IB1 is expressed at high levels in pancreatic beta cells and may therefore exert a tight control on signaling events mediated by JNK in these cells. Activation of JNK by interleukin 1 (IL-1beta) or by the upstream JNK constitutive activator DeltaMEKK1 promoted apoptosis in two pancreatic beta cell lines and decreased IB1 content by 50-60%. To study the functional consequences of the reduced IB1 content in beta cell lines, we used an insulin-secreting cell line expressing an inducible IB1 antisense RNA that lead to a 38% IB1 decrease. Reducing IB1 levels in these cells increased phosphorylation of c-Jun and increased the apoptotic rate in presence of IL-1beta. Nitric oxide production was not stimulated by expression of the IB1 antisense RNA. Complementary experiments indicated that overexpression of IB1 in insulin-producing cells prevented JNK-mediated activation of the transcription factors c-Jun, ATF2, and Elk1 and decreased IL-1beta- and DeltaMEKK1-induced apoptosis. These data indicate that IB1 plays an anti-apoptotic function in insulin-producing cells probably by controlling the activity of the JNK signaling pathway.

Drug interactions with the tyrosine kinase inhibitors imatinib, dasatinib, and nilotinib.

Several cancer treatments are shifting from traditional, time-limited, nonspecific cytotoxic chemotherapy cycles to continuous oral treatment with specific protein-targeted therapies. In this line, imatinib mesylate, a selective tyrosine kinases inhibitor (TKI), has excellent efficacy in the treatment of chronic myeloid leukemia. It has opened the way to the development of additional TKIs against chronic myeloid leukemia, including nilotinib and dasatinib. TKIs are prescribed for prolonged periods, often in patients with comorbidities. Therefore, they are regularly co-administered along with treatments at risk of drug-drug interactions. This aspect has been partially addressed so far, calling for a comprehensive review of the published data. We review here the available evidence and pharmacologic mechanisms of interactions between imatinib, dasatinib, and nilotinib and widely prescribed co-medications, including known inhibitors or inducers of cytochromes P450 or drug transporters. Information is mostly available for imatinib mesylate, well introduced in clinical practice. Several pharmacokinetic aspects yet remain insufficiently investigated for these drugs. Regular updates will be mandatory and so is the prospective reporting of unexpected clinical observations.

Regulation of the transforming growth factor beta-responsive transcription factor CTF-1 by calcineurin and calcium/calmodulin-dependent protein kinase IV.

Transforming growth factor beta (TGF-beta) is a pluripotent peptide hormone that regulates various cellular activities, including growth, differentiation, and extracellular matrix protein gene expression. We previously showed that TGF-beta induces the transcriptional activation domain (TAD) of CTF-1, the prototypic member of the CTF/NF-I family of transcription factors. This induction correlates with the proposed role of CTF/NF-I binding sites in collagen gene induction by TGF-beta. However, the mechanisms of TGF-beta signal transduction remain poorly understood. Here, we analyzed the role of free calcium signaling in the induction of CTF-1 transcriptional activity by TGF-beta. We found that TGF-beta stimulates calcium influx and mediates an increase of the cytoplasmic calcium concentration in NIH3T3 cells. TGF-beta induction of CTF-1 is inhibited in cells pretreated with thapsigargin, which depletes the endoplasmic reticulum calcium stores, thus further arguing for the potential relevance of calcium mobilization in TGF-beta action. Consistent with this possibility, expression of a constitutively active form of the calcium/calmodulin-dependent phosphatase calcineurin or of the calcium/calmodulin-dependent kinase IV (DeltaCaMKIV) specifically induces the CTF-1 TAD and the endogenous mouse CTF/NF-I proteins. Both calcineurin- and DeltaCaMKIV-mediated induction require the previously identified TGF-beta-responsive domain of CTF-1. The immunosuppressants cyclosporin A and FK506 abolish calcineurin-mediated induction of CTF-1 activity. However, TGF-beta still induces the CTF-1 TAD in cells treated with these compounds or in cells overexpressing both calcineurin and DeltaCaMKIV, suggesting that other calcium-sensitive enzymes might mediate TGF-beta action. These results identify CTF/NF-I as a novel calcium signaling pathway-responsive transcription factor and further suggest multiple molecular mechanisms for the induction of CTF/NF-I transcriptional activity by growth factors.

Distinctive role of integrin-mediated adhesion in TNF-induced PKB/Akt and NF-kappaB activation and endothelial cell survival.

Tumor necrosis factor (TNF) is a pro-inflammatory cytokine exerting pleiotropic effects on endothelial cells. Depending on the vascular context it can induce endothelial cell activation and survival or death. The microenvironmental cues determining whether endothelial cells will survive or die, however, have remained elusive. Here we report that integrin ligation acts permissive for TNF-induced protein kinase B (PKB/Akt) but not nuclear factor (NF)-kappaB activation. Concomitant activation of PKB/Akt and NF-kappaB is essential for the survival of endothelial cells exposed to TNF. Active PKB/Akt strengthens integrin-dependent endothelial cell adhesion, whereas disruption of actin stress fibers abolishes the protective effect of PKB/Akt. Integrin-mediated adhesion also represses TNF-induced JNK activation, but JNK activity is not required for cell death. The alphaVbeta3/alphaVbeta5 integrin inhibitor EMD121974 sensitizes endothelial cells to TNF-dependent cytotoxicity and active PKB/Akt attenuates this effect. Interferon gamma synergistically enhanced TNF-induced endothelial cell death in all conditions tested. Taken together, these observations reveal a novel permissive role for integrins in TNF-induced PKB/Akt activation and prevention of TNF-induced death distinct of NF-kappaB, and implicate the actin cytoskeleton in PKB/Akt-mediated cell survival. The sensitizing effect of EMD121974 on TNF cytotoxicity may open new perspectives to the therapeutic use of TNF as anticancer agent.

Lipoproteins and mitogen-activated protein kinase signaling: a role in atherogenesis?

PURPOSE OF REVIEW: Lipoproteins play a critical role in the development of atherosclerosis, which might result partly from their capacity to induce specific intracellular signaling pathways. The goal of this review is to summarize the signaling properties of lipoproteins, in particular, their capacity to induce activation of mitogen-activated protein kinase pathways and the resulting modulation of cellular responses in blood vessel cells. RECENT FINDINGS: Lipoproteins activate the extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogen-activated protein kinase pathways in all blood vessel cell types. This may require lipoprotein docking to scavenger receptor B1, allowing transfer of cholesterol and sphingosine-1-phosphate to plasma membranes. Subsequent propagation of the signals probably requires the stimulation of G protein-coupled receptors, followed by the transactivation of receptor tyrosine kinases. Lipoprotein-induced extracellular signal-regulated kinase activity favors cell proliferation, whereas lipoprotein-induced p38 mitogen-activated protein kinase activity leads to cell hyperplasia and promotes cell migration. Some signaling pathways and cellular effects induced by lipoproteins have been observed in atherosclerotic plaques and therefore represent potential targets for the development of anti-atherosclerotic drugs. SUMMARY: The main blood vessel cell types have the capacity to activate protein kinase pathways in the presence of lipoproteins. This induces cell proliferation, hyperplasia and migration, known to be dysregulated in atherosclerotic lesions.

Inhibitor of apoptosis proteins limit RIP3 kinase-dependent interleukin-1 activation.

Interleukin-1β (IL-1β) is a potent inflammatory cytokine that is usually cleaved and activated by inflammasome-associated caspase-1. To determine whether IL-1β activation is regulated by inhibitor of apoptosis (IAP) proteins, we treated macrophages with an IAP-antagonist "Smac mimetic" compound or genetically deleted the genes that encode the three IAP family members cIAP1, cIAP2, and XIAP. After Toll-like receptor priming, IAP inhibition triggered cleavage of IL-1β that was mediated not only by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, but also by caspase-8 in a caspase-1-independent manner. In the absence of IAPs, rapid and full generation of active IL-1β by the NLRP3-caspase-1 inflammasome, or by caspase-8, required the kinase RIP3 and reactive oxygen species production. These results demonstrate that activation of the cell death-inducing ripoptosome platform and RIP3 can generate bioactive IL-1β and implicate them as additional targets for the treatment of pathological IL-1-driven inflammatory responses.

Role for JIP-1/IB1 in pancreatic β-cell and adipocyte dysfunctions in type 2 diabetes and obesity

L'insuline, produite par les cellules β du pancréas, joue un rôle central dans le contrôle de la glycémie. Un manque d'insuline entraine le diabète de type 2, une maladie répandue au stade d'épidémie au niveau mondial. L'augmentation du nombre de personnes obèses est une des causes principales du développement de la maladie. Avec l'obésité les tissus tels que le foie, le muscle, et le tissu adipeux deviennent résistants à l'insuline. En général, cette résistance est équilibrée par une augmentation de la sécrétion d'insuline. De ce fait, un grand nombre d'individus obèses ne deviennent pas diabétiques. Lorsque les cellules β ne produisent plus suffisamment d'insuline, alors le diabète se développe. Dans l'obésité, les cellules graisseuses sont résistantes à l'insuline et relâchent des lipides et autres produits qui affectent le bon fonctionnement et la vie des cellules β. «c-Jun Ν terminal Kinase» (JNK) est une enzyme qui joue un rôle important dans la résistance de l'insuline des cellules graisseuses. Cette même en2yme contribue aussi au déclin de la cellule β dans les conditions diabétogènes, et représente ainsi une cible thérapeutique potentielle du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre le mécanisme conduisant à l'activité de JNK dans les adipocytes et cellules β, dans l'obésité et le diabète de type 2. Nous montrons que les variations de JNK sont la conséquence de taux anormaux de JIP-1/EB1, une protéine qui a été impliquée dans certaines formes génétiques de diabète de type 2. En outre nous décrivons le mécanisme responsable des anomalies de JIP1/IB1 dans les adipocytes et cellules β. La restauration des taux de JIP-1/EB1 dans les deux types cellulaires pourrait être un objectif des thérapeutiques antidiabétiques actuelles et futures. - Le nombre d'individus touchés par le diabète de type 2 atteint aujourd'hui des proportions épidémiques à l'échelle mondiale. L'augmentation de la prévalence de l'obésité est la cause principale du développement de la maladie, qui, en général, survient suite à une perte de la sensibilité à l'insuline des tissus périphériques. Dans un grand nombre des cas, l'insulino-résistance est compensée par une augmentation de la sécrétion de l'insuline par les cellules β pancréatiques. Le diabète apparaît lorsque l'insuline n'est plus produite en quantité suffisante pour contrecarrer la résistance à l'insuline des tissus. Le défaut de production de l'insuline résulte du dysfonctionnement et de la réduction massive des cellules β. Les acides gras libres non estérifiés, en particulier le palmitate, provenant d'une alimentation riche en lipides et libérés par les adipocytes insulino-résistants contribuent au déclin de la cellule β en activant la voie de signalisation «cJun N-terminal kinase» (JNK). L'activation de JNK contribue aussi à la résistance à l'insuline des adipocytes dans l'obésité, soulignant ainsi l'importance de cette voie de signalisation dans la pathophysiologie du diabète. L'objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes qui régulent JNK dans les cellules β et les adipocytes. Nous montrons que l'activation de JNK dans ces deux types cellulaires est la conséquence de la variation des taux de «JNK interacting protein 1» appelé aussi «islet brain 1» (JEP-1/ΓΒΙ), une protéine qui attache les kinases de la signalisation de JNK et dont des variations génétiques ont été associées avec le diabète de type 2. Dans les cellules β cultivées avec du palmitate, ainsi que dans les adipocytes dans l'obésité, l'expression de JEP-l/BBl est modifiée. Les modulations de l'expression de JEP-1/ΓΒΙ sont réalisées par le facteur de transcription «inducible cAMP early repressor» (ICER). L'expression d'ICER dans les adipocytes est diminuée dans l'obésité, et corrèle avec l'augmentation des niveaux de JEP-1/IB1. A l'inverse, le niveau d'expression d'ICER est augmenté dans les cellules β cultivées avec du palmitate, et cette augmentation perturbe le bon fonctionnement des cellules en réduisant les niveaux de JEP-l/IBl. Comme le palmitate, les particules pro-athérogéniques LDL-cholesterol oxydés, sont élevées chez les personnes obèses et diabétiques et sont délétères aux cellules β. Ces particules modifiées activent JNK dans les cellules β en diminuant l'expression de JIP-1/IB1 via ICER. Tous ces résultats montrent que le dérèglement de l'expression de JIP-l/EBl par ICER joue un rôle central dans l'activation de JNK dans les adipocytes et cellules β en souffrance dans l'obésité et le diabète de type 2. La restauration appropriée des niveaux de JEPl/IBl et d'ICER pourrait être considérée comme un objectif pour mesurer l'efficacité des traitements antidiabétiques actuels et futurs. - Type 2 diabetes has reached epidemic proportions worldwide, and poses a major socio-economic burden on developed and developing societies. The disease is often accompanied by obesity, and arises when β-cells produce insufficient insulin to meet the increased hormone demand, caused by insulin resistance. In obesity, enlargement of adipocytes contribute to their dysfunction, which is characterized by the abnormal release of some bioactive products such as non-esterified free fatty acids (NEF As). Chronic plasma elevation of NEF As elicits β-cell dysfunction and death, thereby, representing a key feature for development of diabetes in obesity (diabesity). Palmitate is the most abundant circulating NEF As in obesity, which triggers adipocytes and β-cell dysfunction. The effects of palmitate rely on the induction of the cJun N-terminal kinase (JNK) pathway. Activation of JNK promotes both β-cells dysfunction and insulin resistance in adipocytes. This thesis was undertaken to investigate the mechanisms accounting for the induction of the JNK pathway caused by palmitate. JNK is regulated by the scaffold protein JNK interacting protein-1, also called islet brain 1 (JIP-1/IB1). The levels of JDM/IB1 are critical for glucose homeostasis, as genetic variations within the gene were associated with diabetes. We found that activation of JNK in both, β-cells exposed to palmitate, and in adipocytes of obese mice, results from variations in the expression of JIP-l/EBl. Modifications in the JIP-1/IB1 levels were the consequence of abnormal expression of the inducible cAMP early repressor (ICER) in the two cell types. In addition, our data show that this repressor plays a key role in abnormal production of adipocyte hormones and β-cell dysfunction evoked by the pro-atherogenic oxidized LDL. Taken together, this study proposes that fine-tuning of appropriate levels of JIP-l/EBl, and ICER could circumvent β-cell failure, adipocyte dysfunction, and thereby, development of diabesity.

A role for the transcriptional repressor ICER in the molecular pathogenesis of type 2 diabetes

AbstractType 2 diabetes (T2D) is a metabolic disease which affects more than 200 millions people worldwide. The progression of this affection reaches nowadays epidemic proportions, owing to the constant augmentation in the frequency of overweight, obesity and sedentary. The pathogenesis of T2D is characterized by reduction in the action of insulin on its target tissues - an alteration referred as insulin resistance - and pancreatic β-cell dysfunction. This latter deterioration is defined by impairment in insulin biosynthesis and secretion, and a loss of β-cell mass by apoptosis. Environmental factors related to T2D, such as chronic elevation in glucose and free fatty acids levels, inflammatory cytokines and pro-atherogenic oxidized low- density lipoproteins (LDL), contribute to the loss of pancreatic β-cell function.In this study, we have demonstrated that the transcription factor Inducible Cyclic AMP Early Repressor (ICER) participates to the progression of both β-cell dysfunction and insulin resistance. The expression of this factor is driven by an alternative promoter and ICER protein represents therefore a truncated product of the Cyclic AMP Response Element Modulator (CREM) family which lacks transactivation domain. Consequently, the transcription factor ICER acts as a passive repressor which reduces expression of genes controlled by the cyclic AMP and Cyclic AMP Response Element Binding protein (CREB) pathway.In insulin-secreting cells, the accumulation of reactive oxygen species caused by environmental factors and notably oxidized LDL - a process known as oxidative stress - induces the transcription factor ICER. This transcriptional repressor hampers the secretory capacity of β-cells by silencing key genes of the exocytotic machinery. In addition, the factor ICER reduces the expression of the scaffold protein Islet Brain 1 (IB 1 ), thereby favouring the activation of the c-Jun N-terminal Kinase (JNK) pathway. This triggering alters in turn insulin biosynthesis and survival capacities of pancreatic β-cells.In the adipose tissue of mice and human subjects suffering from obesity, the transcription factor ICER contributes to the alteration in insulin action. The loss in ICER protein in these tissues induces a constant activation of the CREB pathway and the subsequent expression of the Activating Transcription Factor 3 (ATF3). In turn, this repressor reduces the transcript levels of the glucose transporter GLUT4 and the insulin-sensitizer peptide adiponectin, thereby contributing to the diminution in insulin action.In conclusion, these data shed light on the important role of the transcriptional repressor ICER in the pathogenesis of T2D, which contributes to both alteration in β-cell function and aggravation of insulin resistance. Consequently, a better understanding of the molecular mechanisms responsible for the alterations in ICER levels is required and could lead to develop new therapeutic strategies for the treatment of T2D.RésuméLe diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. La progression de cette affection atteint aujourd'hui des proportions épidémiques imputables à l'augmentation rapide dans les fréquences du surpoids, de l'obésité et de la sédentarité. La pathogenèse du DT2 se caractérise par une diminution de l'action de l'insuline sur ses tissus cibles - un processus nommé insulino-résistance - ainsi qu'une dysfonction des cellules β pancréatiques sécrétrices d'insuline. Cette dernière détérioration se définit par une réduction de la capacité de synthèse et de sécrétion de l'insuline et mène finalement à une perte de la masse de cellules β par apoptose. Des facteurs environnementaux fréquemment associés au DT2, tels l'élévation chronique des taux plasmatiques de glucose et d'acides gras libres, les cytokines pro-inflammatoires et les lipoprotéines de faible densité (LDL) oxydées, contribuent à la perte de fonction des cellules β pancréatiques.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur de transcription « Inducible Cyclic AMP Early Repressor » (ICER) participe à la progression de la dysfonction des cellules β pancréatiques et au développement de Pinsulino-résistance. Son expression étant gouvernée par un promoteur alternatif, la protéine d'ICER représente un produit tronqué de la famille des «Cyclic AMP Response Element Modulator » (CREM), sans domaine de transactivation. Par conséquent, le facteur ICER agit comme un répresseur passif qui réduit l'expression des gènes contrôlés par la voie de l'AMP cyclique et des « Cyclic AMP Response Element Binding protein » (CREB).Dans les cellules sécrétrices d'insuline, l'accumulation de radicaux d'oxygène libres, soutenue par les facteurs environnementaux et notamment les LDL oxydées - un processus appelé stress oxydatif- induit de manière ininterrompue le facteur de transcription ICER. Ainsi activé, ce répresseur transcriptionnel altère la capacité sécrétoire des cellules β en bloquant l'expression de gènes clés de la machinerie d'exocytose. En outre, le facteur ICER favorise l'activation de la cascade de signalisation « c-Jun N- terminal Kinase » (JNK) en réduisant l'expression de la protéine « Islet Brain 1 » (IB1), altérant ainsi les fonctions de biosynthèse de l'insuline et de survie des cellules β pancréatiques.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur de transcription ICER contribue à l'altération de la réponse à l'insuline. La disparition de la protéine ICER dans ces tissus entraîne une activation persistante de la voie de signalisation des CREB et une induction du facteur de transcription « Activating Transcription Factor 3 » (ATF3). A son tour, le répresseur ATF3 inhibe l'expression du transporteur de glucose GLUT4 et du peptide adipocytaire insulino-sensibilisateur adiponectine, contribuant ainsi à la diminution de l'action de l'insuline en conditions d'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le répresseur transcriptionnel ICER apparaît comme un facteur important dans la pathogenèse du DT2, en participant à la perte de fonction des cellules β pancréatiques et à l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes moléculaires responsables de l'altération des niveaux du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.Résumé didactiqueL'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme est fournie par l'alimentation, notamment sous forme de sucres (glucides). Ceux-ci sont dégradés en glucose, lequel sera distribué aux différents organes par la circulation sanguine. Après un repas, le niveau de glucose sanguin, nommé glycémie, s'élève et favorise la sécrétion d'une hormone appelée insuline par les cellules β du pancréas. L'insuline permet, à son tour, aux organes, tels le foie, les muscles et le tissu adipeux de capter et d'utiliser le glucose ; la glycémie retrouve ainsi son niveau basai.Le diabète de type 2 (DT2) est une maladie métabolique qui affecte plus de 200 millions de personnes dans le monde. Le développement de cette affection est causée par deux processus pathologiques. D'une part, les quantités d'insuline secrétée par les cellules β pancréatiques, ainsi que la survie de ces cellules sont réduites, un phénomène connu sous le nom de dysfonction des cellules β. D'autre part, la sensibilité des tissus à l'insuline se trouve diminuée. Cette dernière altération, l'insulino-résistance, empêche le transport et l'utilisation du glucose par les tissus et mène à une accumulation de ce sucre dans le sang. Cette stagnation de glucose dans le compartiment sanguin est appelée hyperglycémie et favorise l'apparition des complications secondaires du diabète, telles que les maladies cardiovasculaires, l'insuffisance rénale, la cécité et la perte de sensibilité des extrémités.Dans cette étude, nous avons démontré que le facteur ICER qui contrôle spécifiquement l'expression de certains gènes, contribue non seulement à la dysfonction des cellules β, mais aussi au développement de l'insulino-résistance. En effet, dans les cellules β pancréatiques en conditions diabétiques, l'activation du facteur ICER altère la capacité de synthèse et de sécrétion d'insuline et réduit la survie ces cellules.Dans le tissu adipeux des souris et des sujets humains souffrant d'obésité, le facteur ICER contribue à la perte de sensibilité à l'insuline. La disparition d'ICER altère l'expression de la protéine qui capte le glucose, le transoprteur GLUT4, et l'hormone adipocytaire favorisant la sensibilité à l'insuline, nommée adiponectine. Ainsi, la perte d'ICER participe à la réduction de la captation de glucose par le tissue adipeux et au développement de l'insulino-résistance au cours de l'obésité.En conclusion, à la lumière de ces résultats, le facteur ICER apparaît comme un contributeur important à la progression du DT2, en soutenant la dysfonction des cellules β pancréatiques et l'aggravation de l'insulino-résistance. Par conséquent, l'étude des mécanismes responsables de la dérégulation du facteur ICER pourrait permettre le développement de nouvelles stratégies de traitement du DT2.

Targeting the JNK signaling pathway potentiates the antiproliferative efficacy of Rapamycin in LS174T colon cancer cells

RésuméLes récentes thérapies anticancéreuses développées visent principalement à inhiber les protéines mutées et responsables de la croissance des cellules cancéreuses. Dans ce contexte, l'inhibition d'une protéine appelée mTOR est une stratégie prometteuse. En effet, mTOR régule la prolifération et la survie cellulaire et mTOR est fréquemment activé dans les cellules tumorales.De nombreuses études ont démontré l'efficacité anti-tumorale d'inhibiteurs de mTOR telle que la rapamycine aussi bien dans des modèles expérimentaux que chez les patients souffrant de cancers. Ces études ont cependant également démontré que l'inhibition de mTOR induit l'activation d'autres protéines cellulaires qui vont induire la prolifération cellulaire et ainsi limiter l'effet anti-tumoral des inhibiteurs de mTOR. En particulier, la rapamycine induit l'activation de la voie de signalisation PI3K/Akt qui joue un rôle prépondérant dans la croissance cellulaire.Dans ce travail, nous avons étudié l'effet de la rapamycine sur une protéine appelée JNK ainsi que le rôle de JNK sur les effets anti-tumoraux de la rapamycine. JNK est une protéine impliquée dans la survie et la prolifération cellulaire. Elle est activée notamment par la voie de signalisation PI3K/Akt. De ce fait, nous avons émis l'hypothèse que la rapamycine induirait l'activation de JNK, réduisant ainsi l'efficacité anti¬tumorale de la rapamycine. En utilisant une lignée cellulaire tumorale (LS174T) dérivée du cancer colorectal, nous avons observé que la rapamycine induisait l'activation de JNK. Nous avons également observé que l'inhibition de JNK par le SP600125, un inhibiteur chimique de JNK, ou par la surexpression d'un dominant négatif de JNK dans les cellules LS174T potentialisait l'effet anti-tumoral de la rapamycine in vitro ainsi que dans un modèle murin de xénogreffe tumorale in vivo.En conclusion, nous avons observé que l'activation de JNK induite par la rapamycine entraine une réduction de l'effet anti-tumoral de cette dernière. Nous proposons ainsi que l'inhibition simultanée de JNK et de mTOR représente une nouvelle option thérapeutique en oncologie qu'il conviendra de confirmer dans d'autres modèles expérimentaux avant d'être testée dans des études cliniques.

Extracellular microvesicles from astrocytes contain functional glutamate transporters: regulation by protein kinase C and cell activation.

Glutamate transport through astrocytic excitatory amino-acid transporters (EAAT)-1 and EAAT-2 is paramount for neural homeostasis. EAAT-1 has been reported in secreted extracellular microvesicles (eMV, such as exosomes) and because the protein kinase C (PKC) family controls the sub-cellular distribution of EAATs, we have explored whether PKCs drive EAATs into eMV. Using rat primary astrocytes, confocal immunofluorescence and ultracentrifugation on sucrose gradient we here report that PKC activation by phorbol myristate acetate (PMA) reorganizes EAAT-1 distribution and reduces functional [(3)H]-aspartate reuptake. Western-blots show that EAAT-1 is present in eMV from astrocyte conditioned medium, together with NaK ATPase and glutamine synthetase all being further increased after PMA treatment. However, nanoparticle tracking analysis reveals that PKC activation did not change particle concentration. Functional analysis indicates that eMV have the capacity to reuptake [(3)H]-aspartate. In vivo, we demonstrate that spinal astrocytic reaction induced by peripheral nerve lesion (spared nerve injury, SNI) is associated with a phosphorylation of PKC δ together with a shift of EAAT distribution ipsilaterally. Ex vivo, spinal explants from SNI rats release eMV with an increased content of NaK ATPase, EAAT-1 and EAAT-2. These data indicate PKC and cell activation as important regulators of EAAT-1 incorporation in eMV, and raise the possibility that microvesicular EAAT-1 may exert extracellular functions. Beyond a putative role in neuropathic pain, this phenomenon may be important for understanding neural homeostasis and a wide range of neurological diseases associated with astrocytic reaction as well as non-neurological diseases linked to eMV release.

Mechanisms underlying functional recovery after in vivo focal cerebral ischemia : from preconditioning to diffusion MRI

Version abregée L'ischémie cérébrale est la troisième cause de mort dans les pays développés, et la maladie responsable des plus sérieux handicaps neurologiques. La compréhension des bases moléculaires et anatomiques de la récupération fonctionnelle après l'ischémie cérébrale est donc extrêmement importante et représente un domaine d'intérêt crucial pour la recherche fondamentale et clinique. Durant les deux dernières décennies, les chercheurs ont tenté de combattre les effets nocifs de l'ischémie cérébrale à l'aide de substances exogènes qui, bien que testées avec succès dans le domaine expérimental, ont montré un effet contradictoire dans l'application clinique. Une approche différente mais complémentaire est de stimuler des mécanismes intrinsèques de neuroprotection en utilisant le «modèle de préconditionnement» : une brève insulte protège contre des épisodes d'ischémie plus sévères à travers la stimulation de voies de signalisation endogènes qui augmentent la résistance à l'ischémie. Cette approche peut offrir des éléments importants pour clarifier les mécanismes endogènes de neuroprotection et fournir de nouvelles stratégies pour rendre les neurones et la glie plus résistants à l'attaque ischémique cérébrale. Dans un premier temps, nous avons donc étudié les mécanismes de neuroprotection intrinsèques stimulés par la thrombine, un neuroprotecteur «préconditionnant» dont on a montré, à l'aide de modèles expérimentaux in vitro et in vivo, qu'il réduit la mort neuronale. En appliquant une technique de microchirurgie pour induire une ischémie cérébrale transitoire chez la souris, nous avons montré que la thrombine peut stimuler les voies de signalisation intracellulaire médiées par MAPK et JNK par une approche moléculaire et l'analyse in vivo d'un inhibiteur spécifique de JNK (L JNK) .Nous avons également étudié l'impact de la thrombine sur la récupération fonctionnelle après une attaque et avons pu démontrer que ces mécanismes moléculaires peuvent améliorer la récupération motrice. La deuxième partie de cette étude des mécanismes de récupération après ischémie cérébrale est basée sur l'investigation des bases anatomiques de la plasticité des connections cérébrales, soit dans le modèle animal d'ischémie transitoire, soit chez l'homme. Selon des résultats précédemment publiés par divers groupes ,nous savons que des mécanismes de plasticité aboutissant à des degrés divers de récupération fonctionnelle sont mis enjeu après une lésion ischémique. Le résultat de cette réorganisation est une nouvelle architecture fonctionnelle et structurelle, qui varie individuellement selon l'anatomie de la lésion, l'âge du sujet et la chronicité de la lésion. Le succès de toute intervention thérapeutique dépendra donc de son interaction avec la nouvelle architecture anatomique. Pour cette raison, nous avons appliqué deux techniques de diffusion en résonance magnétique qui permettent de détecter les changements de microstructure cérébrale et de connexions anatomiques suite à une attaque : IRM par tenseur de diffusion (DT-IR1V) et IRM par spectre de diffusion (DSIRM). Grâce à la DT-IRM hautement sophistiquée, nous avons pu effectuer une étude de follow-up à long terme chez des souris ayant subi une ischémie cérébrale transitoire, qui a mis en évidence que les changements microstructurels dans l'infarctus ainsi que la modification des voies anatomiques sont corrélés à la récupération fonctionnelle. De plus, nous avons observé une réorganisation axonale dans des aires où l'on détecte une augmentation d'expression d'une protéine de plasticité exprimée dans le cône de croissance des axones (GAP-43). En appliquant la même technique, nous avons également effectué deux études, rétrospective et prospective, qui ont montré comment des paramètres obtenus avec DT-IRM peuvent monitorer la rapidité de récupération et mettre en évidence un changement structurel dans les voies impliquées dans les manifestations cliniques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons décrit la manière dont la DS-IRM peut être appliquée dans le domaine expérimental et clinique pour étudier la plasticité cérébrale après ischémie. Abstract Ischemic stroke is the third leading cause of death in developed countries and the disease responsible for the most serious long-term neurological disability. Understanding molecular and anatomical basis of stroke recovery is, therefore, extremely important and represents a major field of interest for basic and clinical research. Over the past 2 decades, much attention has focused on counteracting noxious effect of the ischemic insult with exogenous substances (oxygen radical scavengers, AMPA and NMDA receptor antagonists, MMP inhibitors etc) which were successfully tested in the experimental field -but which turned out to have controversial effects in clinical trials. A different but complementary approach to address ischemia pathophysiology and treatment options is to stimulate and investigate intrinsic mechanisms of neuroprotection using the "preconditioning effect": applying a brief insult protects against subsequent prolonged and detrimental ischemic episodes, by up-regulating powerful endogenous pathways that increase resistance to injury. We believe that this approach might offer an important insight into the molecular mechanisms responsible for endogenous neuroprotection. In addition, results from preconditioning model experiment may provide new strategies for making brain cells "naturally" more resistant to ischemic injury and accelerate their rate of functional recovery. In the first part of this work, we investigated down-stream mechanisms of neuroprotection induced by thrombin, a well known neuroprotectant which has been demonstrated to reduce stroke-induced cell death in vitro and in vivo experimental models. Using microsurgery to induce transient brain ischemia in mice, we showed that thrombin can stimulate both MAPK and JNK intracellular pathways through a molecular biology approach and an in vivo analysis of a specific kinase inhibitor (L JNK1). We also studied thrombin's impact on functional recovery demonstrating that these molecular mechanisms could enhance post-stroke motor outcome. The second part of this study is based on investigating the anatomical basis underlying connectivity remodeling, leading to functional improvement after stroke. To do this, we used both a mouse model of experimental ischemia and human subjects with stroke. It is known from previous data published in literature, that the brain adapts to damage in a way that attempts to preserve motor function. The result of this reorganization is a new functional and structural architecture, which will vary from patient to patient depending on the anatomy of the damage, the biological age of the patient and the chronicity of the lesion. The success of any given therapeutic intervention will depend on how well it interacts with this new architecture. For this reason, we applied diffusion magnetic resonance techniques able to detect micro-structural and connectivity changes following an ischemic lesion: diffusion tensor MRI (DT-MRI) and diffusion spectrum MRI (DS-MRI). Using DT-MRI, we performed along-term follow up study of stroke mice which showed how diffusion changes in the stroke region and fiber tract remodeling is correlating with stroke recovery. In addition, axonal reorganization is shown in areas of increased plasticity related protein expression (GAP 43, growth axonal cone related protein). Applying the same technique, we then performed a retrospective and a prospective study in humans demonstrating how specific DTI parameters could help to monitor the speed of recovery and show longitudinal changes in damaged tracts involved in clinical symptoms. Finally, in the last part of this study we showed how DS-MRI could be applied both to experimental and human stroke and which perspectives it can open to further investigate post stroke plasticity.