EGFR signalling as a negative regulator of Notch1 gene transcription and function in proliferating keratinocytes and cancer.

The Notch1 gene has an important role in mammalian cell-fate decision and tumorigenesis. Upstream control mechanisms for transcription of this gene are still poorly understood. In a chemical genetics screen for small molecule activators of Notch signalling, we identified epidermal growth factor receptor (EGFR) as a key negative regulator of Notch1 gene expression in primary human keratinocytes, intact epidermis and skin squamous cell carcinomas (SCCs). The underlying mechanism for negative control of the Notch1 gene in human cells, as well as in a mouse model of EGFR-dependent skin carcinogenesis, involves transcriptional suppression of p53 by the EGFR effector c-Jun. Suppression of Notch signalling in cancer cells counteracts the differentiation-inducing effects of EGFR inhibitors while, at the same time, synergizing with these compounds in induction of apoptosis. Thus, our data reveal a key role of EGFR signalling in the negative regulation of Notch1 gene transcription, of potential relevance for combinatory approaches for cancer therapy.

Attenuation of colon inflammation through activators of the retinoid X receptor (RXR)/peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) heterodimer. A basis for new therapeutic strategies.

The peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARgamma) is highly expressed in the colon mucosa and its activation has been reported to protect against colitis. We studied the involvement of PPARgamma and its heterodimeric partner, the retinoid X receptor (RXR) in intestinal inflammatory responses. PPARgamma(1/)- and RXRalpha(1/)- mice both displayed a significantly enhanced susceptibility to 2,4,6-trinitrobenzene sulfonic acid (TNBS)-induced colitis compared with their wild-type littermates. A role for the RXR/PPARgamma heterodimer in the protection against colon inflammation was explored by the use of selective RXR and PPARgamma agonists. TNBS-induced colitis was significantly reduced by the administration of both PPARgamma and RXR agonists. This beneficial effect was reflected by increased survival rates, an improvement of macroscopic and histologic scores, a decrease in tumor necrosis factor alpha and interleukin 1beta mRNA levels, a diminished myeloperoxidase concentration, and reduction of nuclear factor kappaB DNA binding activity, c-Jun NH(2)-terminal kinase, and p38 activities in the colon. When coadministered, a significant synergistic effect of PPARgamma and RXR ligands was observed. In combination, these data demonstrate that activation of the RXR/PPARgamma heterodimer protects against colon inflammation and suggest that combination therapy with both RXR and PPARgamma ligands might hold promise in the clinic due to their synergistic effects.

JNK inhibition and inflammation after cerebral ischemia.

The c-Jun-N-terminal kinase signaling pathway (JNK) is highly activated during ischemia and plays an important role in apoptosis and inflammation. We have previously demonstrated that D-JNKI1, a specific JNK inhibitor, is strongly neuroprotective in animal models of stroke. We presently evaluated if D-JNKI1 modulates post-ischemic inflammation such as the activation and accumulation of microglial cells. Outbred CD1 mice were subjected to 45 min middle cerebral artery occlusion (MCAo). D-JNKI1 (0.1 mg/kg) or vehicle (saline) was administered intravenously 3 h after MCAo onset. Lesion size at 48 h was significantly reduced, from 28.2+/-8.5 mm(3) (n=7) to 13.9+/-6.2 mm(3) in the treated group (n=6). Activation of the JNK pathway (phosphorylation of c-Jun) was observed in neurons as well as in Isolectin B4 positive microglia. We quantified activated microglia (CD11b) by measuring the average intensity of CD11b labelling (infra-red emission) within the ischemic tissue. No significant difference was found between groups. Cerebral ischemia was modelled in vitro by subjecting rat organotypic hippocampal slice cultures to oxygen (5%) and glucose deprivation for 30 min. In vitro, D-JNKI1 was found predominantly in NeuN positive neurons of the CA1 region and in few Isolectin B4 positive microglia. Furthermore, 48 h after OGD, microglia were activated whereas resting microglia were found in controls and in D-JNKI1-treated slices. Our study shows that D-JNKI1 reduces the infarct volume 48 h after transient MCAo and does not act on the activation and accumulation of microglia at this time point. In contrast, in vitro data show an indirect effect of D-JNKI1 on the modulation of microglial activation.

Bacterial flagellin elicits widespread innate immune defense mechanisms, apoptotic signaling, and a sepsis-like systemic inflammatory response in mice.

Introduction: Systemic inflammation in sepsis is initiated by interactions between pathogen molecular motifs and specific host receptors, especially toll-like receptors (TLRs). Flagellin is the main flagellar protein of motile microorganisms and is the ligand of TLR5. The distribution of TLR5 and the actions of flagellin at the systemic level have not been established. Therefore, we determined TLR5 expression and the ability of flagellin to trigger prototypical innate immune responses and apoptosis in major organs from mice. Methods: Male Balb/C mice (n = 80) were injected intravenously with 1-5 mu g recombinant Salmonella flagellin. Plasma and organ samples were obtained after 0.5 to 6 h, for molecular investigations. The expression of TLR5, the activation state of nuclear factor kappa B (NF kappa B) and mitogen-activated protein kinases (MAPKs) [extracellular related kinase (ERK) and c-jun-NH2 terminal kinase (JNK)], the production of cytokines [tumor necrosis alpha (TNF alpha), interleukin-1 beta (IL-1 beta), interleukin-6 (IL-6), macrophage inhibitory protein-2 (MIP-2) and soluble triggering receptor expressed on myeloid cells (TREM-1)], and the apoptotic cleavage of caspase-3 and its substrate Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) were determined in lung, liver, gut and kidney at different time-points. The time-course of plasma cytokines was evaluated up to 6 h after flagellin. Results: TLR5 mRNA and protein were constitutively expressed in all organs. In these organs, flagellin elicited a robust activation of NF kappa B and MAPKs, and induced significant production of the different cytokines evaluated, with slight interorgan variations. Plasma TNF alpha, IL-6 and MIP-2 disclosed a transient peak, whereas IL-1 beta and soluble TREM-1 steadily increased over 6 h. Flagellin also triggered a marked cleavage of caspase-3 and PARP in the intestine, pointing to its ability to promote significant apoptosis in this organ. Conclusions: Bacterial flagellin elicits prototypical innate immune responses in mice, leading to the release of multiple pro-inflammatory cytokines in the lung, small intestine, liver and kidney, and also activates apoptotic signalling in the gut. Therefore, this bacterial protein may represent a critical mediator of systemic inflammation and intestinal barrier failure in sepsis due to flagellated micro-organisms

Cytogenetic characterisation of childhood acute lymphoblastic leukemia in Nicaragua

BACKGROUND: Within the frame of a twinning programme with Nicaragua, The La Mascota project, we evaluated in our study the contribution of cytogenetic characterization of acute lymphoblastic leukemia (ALL) as prognostic factor compared to clinical, morphological, and immunohistochemical parameters. METHODS: All patients with ALL treated at the only cancer pediatric hospital in Nicaragua during 2006 were studied prospectively. Diagnostic immunophenotyping was performed locally and bone marrow or blood samples were sent to the cytogenetic laboratory of Zurich for fluorescence in situ hybridization (FISH) analysis and G-banding. RESULTS: Sixty-six patients with ALL were evaluated. Their mean age at diagnosis was 7.3 years, 31.8% were >or=10 years. Thirty-four patients (51.5%) presented with hyperleucocytosis >or=50 x 10(9)/L, 45 (68.2%) had hepatosplenomegaly. Immunophenotypically 63/66 patients (95%) had a B-precursor, 2 (3%) a T- and 1 (1.5%) a B-mature ALL. FISH analysis demonstrated a TEL/AML1 fusion in 9/66 (14%), BCR/ABL fusion in 1 (1.5%), MLL rearrangement in 2 (3.1%), iAMP21 in 2 (3.1%), MYC rearrangement in 1 (1.5%), and high-hyperdiploidy in 16 (24%). All patients but two with TEL/AML1 fusion and high-hyperdiploidy were clinically and hematologically in the standard risk group whereas those with poor cytogenetic factors had clinical high-risk features and were treated intensively. CONCLUSIONS: Compared to Europe, the ALL population in Nicaragua is older, has a higher proportion of poor prognostic clinical and hematological features and receives more intensive treatment, while patients with TEL/AML1 translocations and high-hyperdiploidy are clinically in the standard risk group. Cytogenetics did not contribute as an additional prognostic factor in this setting.

JNK3 Is Required for the Cytoprotective Effect of Exendin 4.

Preservation of beta cell against apoptosis is one of the therapeutic benefits of the glucagon-like peptide-1 (GLP1) antidiabetic mimetics for preserving the functional beta cell mass exposed to diabetogenic condition including proinflammatory cytokines. The mitogen activated protein kinase 10 also called c-jun amino-terminal kinase 3 (JNK3) plays a protective role in insulin-secreting cells against death caused by cytokines. In this study, we investigated whether the JNK3 expression is associated with the protective effect elicited by the GLP1 mimetic exendin 4. We found an increase in the abundance of JNK3 in isolated human islets and INS-1E cells cultured with exendin 4. Induction of JNK3 by exendin 4 was associated with an increased survival of INS-1E cells. Silencing of JNK3 prevented the cytoprotective effect of exendin 4 against apoptosis elicited by culture condition and cytokines. These results emphasize the requirement of JNK3 in the antiapoptotic effects of exendin 4.

Epigenetic features of human mesenchymal stem cells determine their permissiveness for induction of relevant transcriptional changes by SYT-SSX1.

BACKGROUND: A characteristic SYT-SSX fusion gene resulting from the chromosomal translocation t(X;18)(p11;q11) is detectable in almost all synovial sarcomas, a malignant soft tissue tumor widely believed to originate from as yet unidentified pluripotent stem cells. The resulting fusion protein has no DNA binding motifs but possesses protein-protein interaction domains that are believed to mediate association with chromatin remodeling complexes. Despite recent advances in the identification of molecules that interact with SYT-SSX and with the corresponding wild type SYT and SSX proteins, the mechanisms whereby the SYT-SSX might contribute to neoplastic transformation remain unclear. Epigenetic deregulation has been suggested to be one possible mechanism. METHODOLOGY/PRINCIPAL FINDINGS: We addressed the effect of SYT/SSX expression on the transcriptome of four independent isolates of primary human bone marrow mesenchymal stem cells (hMSC). We observed transcriptional changes similar to the gene expression signature of synovial sarcoma, principally involving genes whose regulation is linked to epigenetic factors, including imprinted genes, genes with transcription start sites within a CpG island and chromatin related genes. Single population analysis revealed hMSC isolate-specific transcriptional changes involving genes that are important for biological functions of stem cells as well as genes that are considered to be molecular markers of synovial sarcoma including IGF2, EPHRINS, and BCL2. Methylation status analysis of sequences at the H19/IGF2 imprinted locus indicated that distinct epigenetic features characterize hMSC populations and condition the transcriptional effects of SYT-SSX expression. CONCLUSIONS/SIGNIFICANCE: Our observations suggest that epigenetic features may define the cellular microenvironment in which SYT-SSX displays its functional effects.

Role and regulation of islet-Brain 1 in pancreatic β-cells

Résumé : L'insuline est produite et sécrétée par la cellule ß-pancréatique. Son rôle est de régler le taux de sucre dans le sang. Si ces cellules meurent ou échouent à produire suffisamment de l'insuline, les sujets développent le diabète de type 2 (DT2), une des maladies les plus communes dans les pays développés. L'excès chronique des lipoprotéines LDL oxydés (oxLDL) et/ou des cytokines pro-inflammatoires comme l'interleukine-1ß (IL-1ß) participent au dérèglement et à la mort des cellules ß. Nous avons montré qu'une chute des niveaux d'expression de la protéine nommée «mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1» ou «islet brain 1 (IB 1)» est en partie responsable des effets provoqués par les oxLDL ou IL-1ß. IB1 régule l'expression de l'insuline et la survie cellulaire en inhibant la voie de signalisation « c-jun N-terminal Kinase (JNK)». La réduction des niveaux d'expression d'IB1 provoque l'activation de la voie JNK en réponse aux facteurs environnementaux, et ainsi initie la réduction de l'expression de l'insuline et l'induction du programme de mort cellulaire. Les mimétiques de l'hormone "Glucagon-like peptide 1", tel que l'exendin-4 (ex-4), sont une nouvelle classe d'agents hypoglycémiants utilisés dans le traitement du DT2. Les effets bénéfiques de l'ex-4 sont en partie accomplis en préservant l'expression de l'insuline et la survie des cellules ß contre les stress associés au DT2. La restauration des niveaux d'expression d'IB1 est un des mécanismes par lequel l'ex-4 prodigue son effet sur la cellule. En effet, cette molécule stimule l'activité du promoteur du gène et ainsi compense la réduction du contenu en IB1 causée par le stress. Outre ce rôle anti-apoptotique, dans ce travail de thèse nous avons mis en évidence une autre fonction d'IB1 dans la cellule ß. La réduction de l'activité ou des niveaux d'expression d'IB1 induisent une réduction importante de la sécrétion de l'insuline en réponse au glucose. Le mécanisme par lequel IB1 régule la sécrétion de l'insuline implique à la fois le métabolisme du glucose et éventuellement le transport vésiculaire en contrôlant l'expression de la protéine annexin A2. En résumé, IB 1 est une molécule clé à travers laquelle l'environnement du diabétique pourrait exercer un effet délétère sur la cellule ß. L'amélioration de l'activité d'IB1 et/ou de son expression devrait être considérée dans les approches thérapeutiques futures visant à limiter la perte des cellules ß dans le diabète. Abstract : ß-cells of the pancreatic islets of Langerhans produce and secrete insulin when blood glucose rises. In turn, insulin ensures that plasma glucose concentrations return within a relatively narrow physiological range. If ß-cells die or fail to produce enough insulin, individuals develop one of the most common diseases in Western countries, namely type 2 diabetes (T2D). Chronic excess of oxidized low density lipoproteins (oxLDL) and/or pro-inflammatory cytokines such as interleukin 1-ß (IL-1ß) contribute to decline of ß-cells and thereby are thought to accelerate progression of the disease overtime. We showed that profound reduction in the levels of the mitogen activated protein kinase 8 interacting protein 1 also called islet brain 1 (IB1) causes ß-cell failure accomplished by oxLDL or IL-1 ß. IB1 regulates insulin expression and cell survivals by inhibiting the c-Jun N-terminal Kinase pathway. Diminution in IB 1 levels leads to an increase in activation of the JNK pathway induced by environmental stressors, and thus initiates loss of insulin expression and programmed cell death. The mimetic agents of the glucoincretin glucagon-like peptide 1 such as exendin-4 (ex-4) are new class of hypoglycaemic medicines for treatment of T2D. The beneficial property is in part achieved by preserving insulin expression and ß-cell survival against stressors related to diabetes. Restored levels in IB 1 account for the cytoprotective effect of the ex-4. In fact, the latter molecule .stimulates the promoter activity of the gene and thus compensates loss of IB1 content triggered by stress. Beside of the anti-apoptotic role, an additional leading function for IB 1 in ß-cells was highlighted in this thesis. Impairment in IB1 activity or silencing of the gene in ß-cells revealed a major reduction in insulin secretion elicited by glucose. The mechanisms whereby IB 1 couples glucose to insulin release involve glucose metabolism and potentially, vesicles trafficking by maintaining the levels of annexin A2. IB 1 is therefore a key molecule through which environmental factors related to diabetes may exert harmful effects on ß-cells. Improvement in IB 1 activity and/or expression should be considered as a target for therapeutic purpose.

JNK3 is abundant in insulin-secreting cells and protects against cytokine-induced apoptosis.

AIMS/HYPOTHESIS: In insulin-secreting cells, activation of the c-Jun NH(2)-terminal kinase (JNK) pathway triggers apoptosis. Whereas JNK1 and JNK2 are ubiquitously produced, JNK3 has been described exclusively in neurons. This report aims to characterise the expression and role in apoptosis of the three JNK isoforms in insulin-secreting cells exposed to cytokines. METHODS: Sections of human and mouse pancreases were used for immunohistochemistry studies with isoform-specific anti-JNK antibodies. Human, pig, mouse and rat pancreatic islets were isolated by enzymatic digestion and RNA or protein extracts were prepared. RNA and protein levels were determined by quantitative RT-PCR and western blotting respectively, using JNK-isoform-specific primers and isoform-specific antibodies; activities of the three JNK isoforms were determined by kinase assays following quantitative immunoprecipitation/depletion of JNK3. JNK silencing was performed with small interfering RNAs and apoptotic rates were determined in INS-1E cells by scoring cells displaying pycnotic nuclei. RESULTS: JNK3 and JNK2 mRNAs are the predominant isoforms expressed in human pancreatic islets. JNK3 is nuclear while JNK2 is also cytoplasmic. In INS-1E cells, JNK3 knockdown increases c-Jun levels and caspase-3 cleavage and sensitises cells to cytokine-induced apoptosis; in contrast, JNK1 or JNK2 knockdown is protective. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: In insulin-secreting cells, JNK3 plays an active role in preserving pancreatic beta cell mass from cytokine attacks. The specific localisation of JNK3 in the nucleus, its recruitment by cytokines, and its effects on key transcription factors such as c-Jun, indicate that JNK3 is certainly an important player in the transcriptional control of genes expressed in insulin-secreting cells.

Notch tumor suppressor function

Cancer development results from deregulated control of stem cell populations and alterations in their surrounding environment. Notch signaling is an important form of direct cell-cell communication involved in cell fate determination, stem cell potential and lineage commitment. The biological function of this pathway is critically context dependent. Here we review the pro-differentiation role and tumor suppressing function of this pathway, as revealed by loss-of-function in keratinocytes and skin, downstream of p53 and in cross-connection with other determinants of stem cell potential and/or tumor formation, such as p63 and Rho/CDC42 effectors. The possibility that Notch signaling elicits a duality of signals, involved in growth/differentiation control and cell survival will be discussed, in the context of novel approaches for cancer therapy

Function and regulation of the scaffold protein IB1/JIP-1 in the uro-genital tract.

RESUME Ce mémoire de thèse traite de l'étude de la « scaffold »protéine ou protéine «échafaud», « Islet-Brain1/ JNK Interacting Protein 1 » (IB1/JIP-1) dans la vessie et la prostate, deux organes importants de l'appareil uro-genital. Cette protéine, mise en évidence dans notre laboratoire à la fin des année 90, a été reconnue pour réguler la voie de signalisation des « Mitogen-Activated Protein Kinases » (MAPKs), et en particulier de la MAPK appelée c-Jun N-terminal Kinase (JNK). Le réseau de voie de signalisation permet aux cellules de percevoir les changements dans le milieu extracellulaire et de permettre une réponse appropriée à ces différents stimuli. La connaissance des voies de signalisation a permis de mettre en évidence leur rôle crucial tant dans l'homéostase des tissus sains que dans des processus pathologiques comme l'oncogenèse. Parmi une vingtaine de voie de signalisation, la voie de signalisation des «MAPKinases » est une des plus importantes et a été montrée pour participer à diverses fonctions cellulaires telles que la différentiation, la motilité, la division et la mort cellulaire. La voie de signalisation des « MAPKinases » est typiquement constituée d'un module de trois kinases qui s'activent séquentiellement par phosphorylation. On note la présence d'une MAPK, d'un activateur de MAPK et d'un activateur de l'activateur de MAPK. Une fois la MAPK activée, elle permettra la régulation de différentes cibles dont certain facteur de transcription. Chez les mammifères, il existe 3 grands groupes de MAPKs : the extracellular signal-regulated kinase 1 and 2 (ERK 1/2) cascade, qui régule préférentiellement la croissance et la différentiation cellulaire, ainsi que les cascades JNK et p38 qui régulent préférentiellement la réponse à différents stress cellulaires telle que l'inflammation ou l'apoptose. JNK est activé par différents stress cellulaire telle que les cytokines inflammatoires. JNK est également requis au cours du développement embryonnaire et contribue à la mort (apoptose) ou à la prolifération cellulaire. Plusieurs études ont mis en évidence le rôle de JNK durant le processus tumoral, sans que son rôle soit clairement identifié. JNK pourrait avoir des fonctions différentes durant l'initiation puis de la progression tumorale. Chez les mammifères, les voies de signalisation intracellulaires forment un réseau complexe et elles interagissent entre elles, ce qui permet aux cellules une réponse adéquate aux multitudes de stimuli existants dans les organismes pluricellulaires. Parmi plusieurs mécanismes de régulation, les protéines dites « scaffold » ou «échafaud » jouent un rôle crucial dans l'homéostase de la voie de signalisation des «MAPKinase ». L'introduction revoit brièvement ces différents aspects, de la voie de signalisation des «MAPKinase et des connaissance sur IB1/JIP-1. Les premières études effectuées sur IB1/JIP-1 ont montré une expression relativement spécifique de cette protéine dans certains types de neurones ainsi que dans la cellule beta-sécrétrice d'insuline. IB1/JIP-1 régule la voie de signalisation JNK par interaction avec les différents composants du module, modifiant ainsi le spectre de substrats activés par JNK. La fonction précise de IB1/JIP-1 n'était pas encore élucidée, mais plusieurs travaux mettaient en lumière un rôle dans la régulation, et la sous-location cellulaire des composants de la voie de signalisation JNK, ainsi que dans la survie cellulaire à certain stress. Cette expression relativement spécifique est intrigante car elle suggère que sa présence serait nécessaire à une régulation spécifique de la MAPKinase JNK ou à certaines autres fonctions cellulaires également spécifiques de certains tissus. Le premier but de ce travail a consisté à mettre en évidence l'expression de IB1/JIP-1 dans l'appareil uro-génital et plus particulièrement dans la vessie et la prostate. Nos résultats ont montré que IB1/JIP-1 est spécifiquement exprimé au niveau de l'urothélium vésical, mais pas dans le muscle lisse. Il en est de même au niveau de la prostate où IB1/JIP-1 est exprimé spécifiquement au niveau de l'épithélium sécrétoire et absent au niveau du stroma fibro-musculaire. La vessie et la prostate sont des organes ou l'activité JNK pourrait être crucial tant dans l' homeostase tissulaire que dans le développement de pathologies bénignes ou malignes. La vessie et la prostate sont le siège fréquent de tumeur. La base pour le développement du cancer est complexe et implique plusieurs anomalies génétiques. Ce processus complexe lié au développement tumoral est encore loin d`être complètement élucidé, raison pour laquelle il est crucial de poursuivre l'étude des différents gènes pouvant être impliqué dans ces processus ou pouvant être utilisé comme outil thérapeutique. Dans l'urothelium de la vessie, la fonction de la MAPK JNK n'a été que très peu étudiée. Il existe quelques études, in vitro, suggérant une implication possible de cette voie de signalisation dans des processus telle que le développement ou la progression tumorale. Le chapitre 1 décrit une étude in vivo dans la vessie un modèle de stress mécanique, connu pour activer les MAPKinase. La dilatation vésicale, due à une obstruction urétrale, a mis en évidence une diminution de l'expression de IB1/JIP-1 ainsi qu'une activation de la MAPKinase JNK. Dans ce modèle, la régulation de IB1/JIP-1, par l'intermédiaire d'un vecteur viral, a permis de démontrer que IB1/JIP-1 régulait l'activité de JNK dans ce tissu. Pour poursuivre l'étude de cette fonction d' IB1/JIP-1 dans l'urothélium, nous avons investigué l'activité JNK dans des souris génétiquement modifiées et porteuse d'une délétion de 1 des 2 allèles du gène codant pour IB1/JIP-1, avec un contenu en IB1/JIP-1 diminué de moitié. L'activation de JNK est également augmentée dans l'urothelium au repos de ces souris, ce qui confirme la fonction régulatrice de JNK par IB1/JIP-1. Ces résultats ont permis de mettre en évidence un rôle critique de celle-ci dans l'homéostase de I`urothelium et suggère une nouvelle cible pour réguler la voie de signalisation dans ce tissu. En outre, la modulation des niveaux d'expression d'IB1/JIP-1 dans la vessie, in vivo, par l'intermédiaire de vecteurs viraux s'est révélée réalisable et indique un moyen élégant pour développer une thérapie génique dans cet organe. Un autre élément de ce travail de thèse, révélée au chapitre 2, a été d'étudier la régulation dans la vessie de rat de la communication intercellulaire de type « GAP ». Les cellules adjacentes partagent des ions, messagers secondaires et des petits métabolites par l'intermédiaire de canaux intercellulaire qui forment les jonctions de type « GAP ». Ce type de communications intercellulaire permet une activité cellulaire coordonnée, une caractéristique importante pour l'homéostase des organismes multicellulaire. Ce type de communication intercellulaire est formé de 2 demi-canaux appelés connexons. Chaque connexon est formé de six protéines appelées connexins (Cx). Il existe environ vingt connexines différentes nommées par leur poids moléculaire respectif. Les jonctions de type canaux "GAP" permettent aux cellules de communiquer avec les cellules voisines au quelles elles sont mécaniquement ou électriquement couplées. La vessie peut être particulièrement dépendante de la communication intercellulaire par les canaux « Gap » qui permettrait de coordonner la réponse de la musculature ainsi que de l'urothélium à l'augmentation de la pression transmurale du à l'accumulation d'urine, situation fréquemment observée dans le cadre de l'hyperplasie bénigne de la prostate. Dans la vessie de rat, la connexine26 est exprimée uniquement dans l'urothelium. La Cx26, a été montrée pour être un possible « tumor suppressor gene » dans le cancer de vessie. Une augmentation de la Cx26 ainsi que du couplage des cellules urothéliales a été démontré dans notre modèle de stress mécanique sur la vessie de rat et est dépendante de 2 éléments de réponses connues pour interagir avec AP-1. La régulation de IB1/JIP-1 a permis de montrer que celle-ci régulait l'activité JNK, ainsi que l'activité du facteur de transcription AP-1, composé de c-Jun lui-même cible de JNK. Cette réduction de l'activité de AP-1 est associée à une diminution de l'expression du transcipt de la Cx26. En résumé, la Cx26 pourrait être régulée par le complexe AP-1 lui-même dépendant du contenu en IB1/JIP-1. Dans le chapitre 3, l'étude de IB1/J1P-1 s'est portée sur la prostate. Cet organe, siège fréquent de pathologie telle que le cancer ou l'hyperplasie bénigne de la prostate, exprime IB1/JIP-1 au niveau de son épithélium sécrétoire. Cette expression est maintenue dans une lignée cellulaire humaine largement étudiée est reconnue comme un modèle adéquat de cellules tumorales de type androgène-sensible. IB1/JIP-1 a été investigué dans un modèle in vitro d'apoptose en réponse à un agent appelé N-(4-hydroxyphenyl)retinamide (4-HPR) qui induit une activation de la MAPK JNK ainsi que également un diminution du contenu en IB1/JIP-1. La surexpression de IB1/JIP-1 en utilisant à nouveau des virus comme vecteur a démontré que IB1/JIP-1 était capable de réguler l'activité de JNK ainsi que les taux d'apoptose. Dans le cancer de la prostate, certains travaux ont montré que la différentiation neuroendocrine des cellules tumorales est associée à la progression tumorale et à la perte de sensibilité aux androgènes. Ce travail a permis de dévoiler l'augmentation d'expression de IB1/JIP-1 dans un modèle de neurodifferentiation des cellules d'une lignée prostatique humaine (LNCaP). Les mécanismes qui permettent une expression spécifique de IB1/JIP-1 ont été partiellement investiguée dans notre laboratoire. Son promoteur humain contient un « Neuron Restricive Silencer Element » (NRSE) connu pour se lier a répresseur transcriptionel appelé « RE-1 Silencer Transcription Factor » ou « Neuron Restrictive Silencer Factor » (REST/NRSF). NRSF/REST est capable de réprimer l'expression de gènes neuronaux en dehors du système neuronal. Il prend part à la différentiation terminale des gènes neuronaux. Dans le chapitre 3, on observe que l'activité de REST/NRSF est diminuée dans les cellules LNCaP qui se transdifferencient de manière neuroendocrine, et que REST/NRSF est capable de moduler l'expression de ces gènes cibles dans ce type cellulaire. Ces travaux laissent suggérer que NRSF/REST participe à l'acquisition du phénotype neuroendocrinien et pourrait être une cible pour réguler ce phénomène. En conclusion, ce travail de thèse présente l'expression de IB1/JIP-1 dans 2 organes de l'appareil uro-génital ; la vessie et la prostate. La fonction de IB1/JIP-1 a été étudiée in vivo dans la vessie de rat, ce qui a mis en évidence sa fonction régulatrice de l'activité de la MAPKinase JNK, et de l'activité du facteur de transcription AP-1 ; ainsi que sa possible implication régulatrice de gène cible tel que la Connexin 26 (Cx26). AP-1 et la Cx26 pourraient jouer un rôle dans le processus oncologique, tant dans le control de l'invasion cellulaire ou le control de la croissance cellulaire. Dans la prostate, IB1/JIP-1 régule également l'activité JNK; crucial dans la transmission de certains stimulis pro-apoptotiques. Dans un modèle de transdifférenciation neuroendocrinienne, phénotype possiblement lié au caractère agressif du cancer de la prostate, l'expression de IB1/JIP-1 est augmenté, suggérant soit un rôle possible dans le développement du phénotype neuronal ou une implication dans une fonction anti-apoptotique. Ce travail a donc permis d'élargir nos connaissances sur la régulation et le control de la voie de signalisation des MAPKinases par IB1/JIP-1, qui pourrait avoir encore d'autres fonctions dans ces tissus.

From diabetes to heart disease : studies on dyslipidemia-induced B-cell dysfunction, immunomodulation in heart transplantation, and cardiac stem cell therapy

Diabetes is a growing epidemic with devastating human, social and economic impact. It is associated with significant changes in plasma concentrations of lipoproteins. We tested the hypothesis that lipoproteins modulate the function and survival of insulin-secreting cells. We first detected the presence of several receptors that participate in the binding and processing of plasma lipoproteins and confirmed the internalization of fluorescent LDL and HDL particles in insulin-secreting β-cells. Purified human VLDL and LDL particles reduced insulin mRNA levels and β-cell proliferation, and induced a dose-dependent increase in the rate of apoptosis. In mice lacking the LDL receptor, islets showed a dramatic decrease in LDL uptake and were partially resistant to apoptosis caused by LDL. VLDL-induced apoptosis of β-cells involved caspase-3 cleavage and reduction in levels of the c-Jun N-terminal (JNK) Interacting Protein-1 (IB1/JIP-1). In contrast, the pro-apoptotic signaling of lipoproteins was antagonized by HDL particles or by a small peptide inhibitor of JNK. The protective effects of HDL were mediated, in part, by inhibition of caspase-3 cleavage and activation of the protein kinase Akt/PKB. Heart disease is a major cause of morbidity and mortality among patients with diabetes. When heart failure is refractory to medical therapy and cannot be improved by electrical resynchronization, percutaneous angioplasty or coronary graft bypass surgery, heart transplantation remains a "last resort" therapy. Nevertheless, it is limited by the side effects of immunosuppressive drugs and chronic rejection. Localized expression of immunomodulatory genes in the donor organ can create a state of immune privilege within the graft, and was performed in rodent hearts by infecting cells with an adenovirus encoding indoleamine 2,3-dioxygenase (IDO), the rate-limiting enzyme in the catabolism of tryptophane. Other strategies are based on genetic manipulation of dendritic cells (DCs) with immunosuppressive genes and in vitro exposure of DCs to agents that prevent their maturation by inflammatory cytokines. Finally, we used 5-bromo-2'-deoxyuridine, which is incorporated into DNA and diluted with cell division, to identify long-term label retaining cells in the adult rodent heart. The majority of these cells were positive for the stem cell antigen-1 (Sca-1) and negative for the endothelial precursor marker CD31. They formed cardiospheres in vitro and showed differentiation potential into mesenchymal cell lineages. When cultured in cardiomyogenic differentiation medium, they expressed cardiac-specific genes. Taken together, these data provide evidence of slow-cycling stem cells in the rodent heart. Chronic shortage of donor organs opens the way to cardiac stem cell therapy in humans, although the long way from animal experimentation to routine therapy in patients may still take several years. - Du diabète de type 2 à la maladie coronarienne : trois études sur les dysfonctions de la cellule sécrétrice d'insuline induites par les dyslipidémies, l'immunomodulation dans la transplantation cardiaque, et la thérapie par des cellules souches myocardiques. Le diabète de type 2 a pris les dimensions d'une épidémie, avec des conséquences sociales et économiques dont nous n'avons pas encore pris toute la mesure. La maladie s'accompagne souvent d'une dyslipidémie caractérisée par une hypertriglycéridémie, des taux abaissés de cholestérol HDL, et des concentrations de cholestérol LDL à la limite supérieure de ce qui est considéré comme acceptable. L'hypothèse à la base de cette étude est qu'une modification des taux plasmatiques de lipoprotéines pourrait avoir une influence directe sur la cellule β sécrétrice d'insuline en modifiant sa fonction, sa durée de vie et son taux de régénération. Dans un premier temps, nous avons mis en évidence, sur la cellule β, la présence de plusieurs récepteurs impliqués dans la captation des lipoprotéines. Nous avons confirmé la fonctionnalité de ces récepteurs en suivant l'internalisation de LDL et de HDL marqués. En présence de VLDL ou de LDL humains, nous avons observé une diminution de la transcription du gène de l'insuline, une prolifération cellulaire réduite, et une augmentation de l'apoptose, toutes fonctions de la dose et du temps d'exposition. L'apoptose induite par les VLDL passe par une activation de la caspase-3 et une réduction du taux de la protéine IB1/JIP-1 (Islet Brain1/JNK Interacting Protein 1), dont une mutation est associée à une forme monogénique de diabète de type 2. Par opposition, les HDL, ainsi que des peptides inhibiteurs de JNK, sont capables de contrer la cascade pro-apoptotique déclenchée, respectivement, par les LDL et les VLDL. Ces effets protecteurs comprennent l'inhibition du clivage de la caspase-3 et l'activation de la protéine kinase Akt/PKB. En conclusion, les lipoprotéines sont des éléments clés de la survie de la cellule β, et pourraient contribuer au dysfonctionnement observé dans le pancréas endocrine au cours du développement du diabète. La maladie cardiaque, et plus particulièrement la maladie coronarienne, est une cause majeure de morbidité et de mortalité chez les patients atteints de diabète. Plusieurs stratégies sont utilisées quotidiennement pour pallier les atteintes cardiaques: traitements médicamenteux, électromécaniques par resynchronisation électrique, ou communément appelés « interventionnels » lorsqu'ils font appel à l'angioplastie percutanée. La revascularisation du myocarde par des pontages coronariens donne également de très bons résultats dans certaines situations. Il existe toutefois des cas où plus aucune de ces approches n'est suffisante. La transplantation cardiaque est alors la thérapie de choix pour un nombre restreint de patients. La thérapie génique, en permettant l'expression locale de gènes immunomodulateurs dans l'organe greffé, permet de diminuer les réactions de rejet inhérentes à toute transplantation (à l'exception de celles réalisées entre deux jumeaux homozygotes). Nous avons appliqué chez des rongeurs cette stratégie en infectant le coeur greffé avec un adénovirus codant pour l'enzyme indoleamine 2,3-dioxygénase (IDO), une enzyme clé dans le catabolisme du tryptophane. Nous avons procédé de manière identique in vitro en surexprimant IDO dans les cellules dendritiques, dont le rôle est de présenter les antigènes aux lymphocytes Τ du receveur. Des expériences similaires ont été réalisées en traitant les cellules dendritiques avec des substances capables de prévenir, en partie du moins, leur maturation par des agents pro-inflammatoires. Finalement, nous avons exploré une stratégie utilisée couramment en hématologie, mais qui n'en est encore qu'à ses débuts au niveau cardiaque : la thérapie par des cellules souches. En traitant des rongeurs avec un marqueur qui s'incorpore dans l'ADN nucléaire, le 5-bromo- 2'-deoxyuridine, nous avons identifié une population cellulaire se divisant rarement, positive en grande partie pour l'antigène embryonnaire Sca-1 et négative pour le marqueur endothélial CD31. En culture, ces cellules forment des cardiosphères et sont capables de se différencier dans les principaux types tissulaires mésenchymateux. Dans un milieu de differentiation adéquat, ces cellules expriment des gènes cardiomyocytaires. En résumé, ces données confirment la présence chez le rongeur d'une population résidente de précurseurs myocardiques. En addenda, on trouvera deux publications relatives à la cellule β productrice d'insuline. Le premier article démontre le rôle essentiel joué par la complexine dans l'insulino-sécrétion, tandis que le second souligne l'importance de la protéine IB1/JIP-1 dans la protection contre l'apoptose de la cellule β induite par certaines cytokines.

Neuroprotection in cerebral ischemia with XG-102, a new peptide inhibitor of JNK

Abstract Stroke or cerebrovascular accident, whose great majority is of ischemic nature, is the third leading cause of mortality and long lasting disability in industrialised countries. Resulting from the loss of blood supply to the brain depriving cerebral tissues of oxygen and glucose, it induces irreversible neuronal damages. Despite the large amount of research carried out into the causes and pathogenic features of cerebral ischemia the progress toward effective treatments has been poor. Apart the clot-busting drug tissue-type plasminogen activator (tPA) as effective therapy for acute stroke (reperfusion by thrombolysis) but limited to a low percentage of patients, there are currently no other approved medical treatments. The need for new therapy strategies is therefore imperative. Neuronal death in cerebral ischemia is among others due to excitotoxic mechanisms very early after stroke onset. One of the main involved molecular pathways leading to excitotoxic cell death is the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK) pathway. Several studies have already shown the efficacy of a neuroprotective agent of a new type, a dextrogyre peptide synthesized in the retro inverso form (XG102, formerly D-JNKI1), which is protease-resistant and cell-penetrating and that selectively and strongly blocks the access of JNK to many of its targets. A powerful protection was observed with this compound in several models of ischemia (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). This chimeric compound, made up of a 10 amino acid TAT transporter sequence followed by a 20 amino acids JNK binding domain (JBD) sequence from JNK inhibitor protein (JIP) molecule, induced both a major reduction in lesion size and improved functional outcome. Moreover it presents a wide therapeutic window. XG-102 has proved its powerful efficacy in an occlusion model of middle cerebral artery in mice with intracérebroventricular (i.c.v.) injection but in order to be able to consider the development of this drug for human ischemic stroke it was therefore necessary to determine the feasibility of its systemic administration. The studies being the subject of this thesis made it possible to show a successful neuroprotection with XG-102 administered systemically after transient mouse middle cerebral artery occlusion (MCAo). Moreover our data. provided information about the feasibility to combine XG-102 with tPA without detrimental action on cell survival. By combining the benefits from a reperfusion treatment with the effects of a neuroprotective compound, it would represent the advantage of bringing better chances to protect the cerebral tissue. Résumé L'attaque cérébrale ou accident vasculaire cérébral, dont la grande majorité est de nature ischémique, constitue la troisième cause de mortalité et d'infirmité dans les pays industrialisés. Résultant de la perte d'approvisionnement de sang au cerveau privant les tissus cérébraux d'oxygène et de glucose, elle induit des dommages neuronaux irréversibles. En dépit du nombre élevé de recherches effectuées pour caractériser les mécanismes pathogènes de l'ischémie. cérébrale, les progrès vers des traitements efficaces restent pauvres. Excepté l'activateur tissulaire du plasminogène (tPA) dont le rôle est de désagréger les caillots sanguins et employé comme thérapie efficace contre l'attaque cérébrale aiguë (reperfusion par thrombolyse) mais limité à un faible pourcentage de patients, il n'y a actuellement aucun autre traitement médical approuvé. Le besoin de nouvelles stratégies thérapeutiques est par conséquent impératif. La mort neuronale dans l'ischémie cérébrale est entre autres due à des mécanismes excitotoxiques survenant rapidement après le début de l'attaque cérébrale. Une des principales voies moléculaires impliquée conduisant à la mort excitotoxique des cellules est la voie de la c-Jun NH2terminal kinase (JNK). Plusieurs études ont déjà montré l'efficacité d'un agent neuroprotecteur d'un nouveau type, un peptide dextrogyre synthétisé sous la forme retro inverso (XG-102, précédemment D-JNKI1) résistant aux protéases, capable de pénétrer dans les cellules et de bloquer sélectivement et fortement l'accès de JNK à plusieurs de ses cibles. Une puissante protection a été observée avec ce composé dans plusieurs modèles d'ischémie (Borsello et al. 2003;Hirt et al. 2004). Ce composé chimérique, construit à partir d'une séquence TAT de 10 acides aminés suivie par une séquence de 20 acides aminés d'un domaine liant JNK (JBD) issu de la molécule JNK protéine inhibitrice. (JIP), induit à la fois une réduction importante de la taille de lésion et un comportement fonctionnel amélioré. De plus il présente une fenêtre thérapeutique étendue. XG-102 a prouvé sa puissante efficacité dans un modèle d'occlusion de l'artère cérébrale moyenne chez la souris avec injection intracerebroventriculaire (i.c.v.) mais afin de pouvoir envisager le développement de ce composé pour l'attaque cérébrale chez l'homme, il était donc nécessaire de déterminer la faisabilité de son administration systémique. Les études faisant l'objet de cette thèse ont permis de montrer une neuroprotection importante avec XG-102 administré de façon systémique après l'occlusion transitoire de l'artère cérébrale moyenne chez la souris (MCAo). De plus nos données ont fourni des informations quant à la faisabilité de combiner XG-102 et tPA, démontrant une protection efficace par XG-102 malgré l'action nuisible du tPA sur la survie des cellules. En combinant les bénéfices de la reperfusion avec les effets d'un composé neurooprotecteur, cela représenterait l'avantage d'apporter des meilleures chances de protéger le tissu cérébral.

Specific inhibition of the JNK pathway promotes locomotor recovery and neuroprotection after mouse spinal cord injury.

Limiting the development of secondary damage represents one of the major goals of neuroprotective therapies after spinal cord injury. Here, we demonstrate that specific JNK inhibition via a single intraperitoneal injection of the cell permeable peptide D-JNKI1 6h after lesion improves locomotor recovery assessed by both the footprint and the BMS tests up to 4 months post-injury in mice. JNK inhibition prevents c-jun phosphorylation and caspase-3 cleavage, has neuroprotective effects and results in an increased sparing of white matter at the lesion site. Lastly, D-JNKI1 treated animals show a lower increase of erythrocyte extravasation and blood brain barrier permeability, thus indicating protection of the vascular system. In total, these results clearly point out JNK inhibition as a promising neuroprotective strategy for preventing the evolution of secondary damage after spinal cord injury.

Evidence for tuning adipocytes ICER levels for obesity care.

Abnormal adipokine production, along with defective uptake and metabolism of glucose within adipocytes, contributes to insulin resistance and altered glucose homeostasis. Recent research has highlighted one of the mechanisms that accounts for impaired production of adiponectin (ADIPOQ) and adipocyte glucose uptake in obesity. In adipocytes of human obese subjects and mice fed with a high fat diet, the level of the inducible cAMP early repressor (ICER) is diminished. Reduction of ICER elevates the cAMP response element binding protein (CREB) activity, which in turn increases the repressor activating transcription factor 3. In fine, the cascade triggers reduction in the ADIPOQ and GLUT4 levels, which ultimately hampers insulin-mediated glucose uptake. The c-Jun N-terminal kinase (JNK) interacting-protein 1, also called islet brain 1 (IB1), is a target of CREB/ICER that promotes JNK-mediated insulin resistance in adipocytes. A rise in IB1 and c-Jun levels accompanies the drop of ICER in white adipose tissues of obese mice when compared with mice fed with a chow diet. Other than the expression of ADIPOQ and glucose transport, decline in ICER expression might impact insulin signaling. Impairment of ICER is a critical issue that will need major consideration in future therapeutic purposes.