Neurobiology of addiction: the role of transcription factors CREB and C/EBP as well as that of their coactivators

Résumé Le présent travail de thèse a fait face au défi de lier les changements transcriptionnels dans les neurones du système nerveux central au développement de l'addiction aux drogues. I1 est connu que l'apprentissage induit des modifications au niveau de la structure du cerveau, principalement en changeant la manière dont les neurones sont interconnectés par des synapses. De plus en plus d'évidences soutiennent un scénario selon lequel l'activité neuronale déclenche des cascades de signalisation intracellulaire qui ciblent des facteurs de transcription. Ces derniers peuvent activer la transcription de gènes spécifiques qui codent pour des protéines nécessaires au renforcement des synapses mémorisant ainsi la nouvelle information. Puisque l'addiction peut être considérée comme une forme aberrante d'apprentissage, et que les modifications synaptiques sont connues pour être impliquées dans le processus d'addiction, nous essayons de décrire des mécanismes transcriptionels étant à la base des changements synaptiques induits par les drogues. Comme modèle nous utilisons des cultures primaires des neurones de striatum, d'hippocampe et de cortex de souris ainsi que des tranches de cerveau de rat. Une des caractéristiques communes de quasiment toutes les substances addictives est de pouvoir activer le système mésolimbique dopaminergique provoquant la libération de dopamine sur les neurones du striatum (du noyau accumbens). Dans ce travail de thèse nous démontrons que dans des cultures du striatum, la dopamine induit le facteur de transcription C/EBPβ qui, à son tour, provoque l'expression du gène codant pour la substance P. Ce mécanisme pourrait potentiellement contribuer à la tolérance envers les drogues puisqu'il fait partie d'une rétroaction (feed-back) sur les cellules produisant la dopamine. Etant donné que ces résultats montrent l'importance de C/EBPβ dans la psychopathologie de l'addiction, nous avons également décidé d'étudier les mécanismes fondamentaux de l'activation de la transcription par C/EBPβ. Nos expériences démontrent que trois isoformes activatrices de la famille C/EBP recrutent le coactivateur CBP et provoquent en même temps sa phosphorylation. Enfin, nous montrons que les coactivateurs nommés TORC, nouvellement découverts et clonés, sont capables de détecter la coïncidence d'un signal cAMP et d'une entrée de calcium dans des neurones. Par conséquent les TORCs pourraient contribuer à détecter la coïncidence d'un signal glutamate et d'un signal dopamine dans les neurones de striatum, ce qui pourrait être important pour associer les effets hédonistes de la drogue à l'information contextuelle (par exemple à l'environnement où la drogue a été consommée). Nous sommes les premiers à observer que les TORCs sont nécessaires pour la potentiation à long terme dans l'hippocampe. Summary The present thesis work faced the challenge to link the development of drug addiction to transcriptional changes in the neurons of the central nervous system. Experience and learning are known to induce structural modifications in the brain, and these changes are thought to occur mainly in the way neurons are interconnected by synapses. More and more evidences point to a scenario in which neuronal activity would activate signalization cascades that impinge on transcription factors, which, in turn, would activate genes necessary for the reinforcement of synapses coding for new informations. Given that drug addiction can be considered as an aberrant form of learning and is thought to involve synaptic modifications, we try to elucidate some of the transcriptional mechanisms that could underlie drug-induced synaptic changes. As a model system, we use primary cultures of striatal, cortical and hippocampal neurons dissected from mouse embryos as well as brain slices from rats. One of the common features of virtually all drugs of abuse is to activate the mesocorticolimbic dopaminergic system that results in the release of dopamine onto the neurons of the striatum (nucleus accumbens). In this thesis work we show that in striatal cultures, dopamine induces the transcription factor C/EBPβ that in turn drives the expression of the gene coding for substance P. This mechanism is likely to be important for the drug-induced tolerance in the brain since it might be a part of a feedback acting on dopaminergic neurons. Given the suspected importance of C/EBPβ in drug addiction, we also try to elucidate some aspects of the basic mechanisms by which the C/EBP family activates transcription. We show that three activating members of the C/EBP family recruit the coactivator CBP and trigger its phosphorylation. Finally, we demonstrate that the newly discovered and cloned transcriptional coactivators, named TORCs (transducers of regulated CREB activity) are able to detect the coincidence of a calcium and a cAMP signal in the central nervous system. This way, TORCs could contribute to the detection of a coincidence between a glutamate and a dopamine signal in striatal neurons - a process that is suggested to be important for an association between the rewarding effect of a drug and contextual information (such as the environment where the drug had been taken). We demonstrate that TORCs are required for hippocampal LTP.

Potential approaches for more successful dendritic cell-based immunotherapy.

INTRODUCTION: Dendritic cells (DCs) are the most important antigen-presenting cell population for activating antitumor T-cell responses; therefore, they offer a unique opportunity for specific targeting of tumors. AREAS COVERED: We will discuss the critical factors for the enhancement of DC vaccine efficacy: different DC subsets, types of in vitro DC manufacturing protocol, types of tumor antigen to be loaded and finally different adjuvants for activating them. We will cover potential combinatorial strategies with immunomodulatory therapies: depleting T-regulatory (Treg) cells, blocking VEGF and blocking inhibitory signals. Furthermore, recommendations to incorporate these criteria into DC-based tumor immunotherapy will be suggested. EXPERT OPINION: Monocyte-derived DCs are the most widely used DC subset in the clinic, whereas Langerhans cells and plasmacytoid DCs are two emerging DC subsets that are highly effective in eliciting cytotoxic T lymphocyte responses. Depending on the type of tumor antigens selected for loading DCs, it is important to optimize a protocol that will generate highly potent DCs. The future aim of DC-based immunotherapy is to combine it with one or more immunomodulatory therapies, for example, Treg cell depletion, VEGF blockage and T-cell checkpoint blockage, to elicit the most optimal antitumor immunity to induce long-term remission or even cure cancer patients.

Immune Antibodies and Helminth Products Drive CXCR2-Dependent Macrophage-Myofibroblast Crosstalk to Promote Intestinal Repair.

Helminth parasites can cause considerable damage when migrating through host tissues, thus making rapid tissue repair imperative to prevent bleeding and bacterial dissemination particularly during enteric infection. However, how protective type 2 responses targeted against these tissue-disruptive multicellular parasites might contribute to homeostatic wound healing in the intestine has remained unclear. Here, we observed that mice lacking antibodies (Aid-/-) or activating Fc receptors (Fcrg-/-) displayed impaired intestinal repair following infection with the murine helminth Heligmosomoides polygyrus bakeri (Hpb), whilst transfer of immune serum could partially restore chemokine production and rescue wound healing in Aid-/- mice. Impaired healing was associated with a reduced expression of CXCR2 ligands (CXCL2/3) by macrophages (MΦ) and myofibroblasts (MF) within intestinal lesions. Whilst antibodies and helminths together triggered CXCL2 production by MΦ in vitro via surface FcR engagement, chemokine secretion by intestinal MF was elicited by helminths directly via Fcrg-chain/dectin2 signaling. Blockade of CXCR2 during Hpb challenge infection reproduced the delayed wound repair observed in helminth infected Aid-/- and Fcrg-/- mice. Finally, conditioned media from human MΦ stimulated with infective larvae of the helminth Ascaris suum together with immune serum, promoted CXCR2-dependent scratch wound closure by human MF in vitro. Collectively our findings suggest that helminths and antibodies instruct a chemokine driven MΦ-MF crosstalk to promote intestinal repair, a capacity that may be harnessed in clinical settings of impaired wound healing.

Assessment of the chemosensitizing activity of TAT-RasGAP317-326 in childhood cancers.

Although current anti-cancer protocols are reasonably effective, treatment-associated long-term side effects, induced by lack of specificity of the anti-cancer procedures, remain a challenging problem in pediatric oncology. TAT-RasGAP317-326 is a RasGAP-derived cell-permeable peptide that acts as a sensitizer to various anti-cancer treatments in adult tumor cells. In the present study, we assessed the effect of TAT-RasGAP317-326 in several childhood cancer cell lines. The RasGAP-derived peptide-induced cell death was analyzed in several neuroblastoma, Ewing sarcoma and leukemia cell lines (as well as in normal lymphocytes). Cell death was evaluated using flow cytometry methods in the absence or in the presence of the peptide in combination with various genotoxins used in the clinics (4-hydroperoxycyclophosphamide, etoposide, vincristine and doxorubicin). All tested pediatric tumors, in response to at least one genotoxin, were sensitized by TAT-RasGAP317-326. The RasGAP-derived peptide did not increase cell death of normal lymphocytes, alone or in combination with the majority of the tested chemotherapies. Consequently, TAT-RasGAP317-326 may benefit children with tumors by increasing the efficacy of anti-cancer therapies notably by allowing reductions in anti-cancer drug dosage and the associated drug-induced side effects.

HIV-1 immune activation induces Siglec-1 expression and enhances viral trans-infection in blood and tissue myeloid cells.

BACKGROUND: Myeloid cells are key players in the recognition and response of the host against invading viruses. Paradoxically, upon HIV-1 infection, myeloid cells might also promote viral pathogenesis through trans-infection, a mechanism that promotes HIV-1 transmission to target cells via viral capture and storage. The receptor Siglec-1 (CD169) potently enhances HIV-1 trans-infection and is regulated by immune activating signals present throughout the course of HIV-1 infection, such as interferon α (IFNα). RESULTS: Here we show that IFNα-activated dendritic cells, monocytes and macrophages have an enhanced ability to capture and trans-infect HIV-1 via Siglec-1 recognition of viral membrane gangliosides. Monocytes from untreated HIV-1-infected individuals trans-infect HIV-1 via Siglec-1, but this capacity diminishes after effective antiretroviral treatment. Furthermore, Siglec-1 is expressed on myeloid cells residing in lymphoid tissues, where it can mediate viral trans-infection. CONCLUSIONS: Siglec-1 on myeloid cells could fuel novel CD4(+) T-cell infections and contribute to HIV-1 dissemination in vivo.

Toll-like receptor 5 deficiency exacerbates cardiac injury and inflammation induced by myocardial ischaemia-reperfusion in the mouse.

Myocardial ischaemia-reperfusion (MIR) triggers a sterile inflammatory response important for myocardial healing, but which may also contribute to adverse ventricular remodelling. Such inflammation is initiated by molecular danger signals released by damaged myocardium, which induce innate immune responses by activating toll-like receptors (TLRs). Detrimental roles have been recently reported for TLR2, TLR3 and TLR4. The role of other TLRs is unknown. We therefore evaluated the role of TLR5, expressed at high level in the heart, in the development of myocardial damage and inflammation acutely triggered by MIR. TLR5-/- and wild-type (WT) mice were exposed to MIR (30 min ischaemia, 2 h reperfusion). We measured infarct size, markers of cardiac oxidative stress, myocardial phosphorylation state of mitogen-activated protein (MAP) kinases and AKT, expression levels of chemokines and cytokines in the heart and plasma, as well as cardiac function by echography and conductance volumetry. TLR5-deficient mice had normal cardiac morphology and function under physiological conditions. After MIR, the absence of TLR5 promoted an increase in infarct size and myocardial oxidative stress. Lack of TLR5 fostered p38 phosphorylation, reduced AKT phosphorylation and markedly increased the expression of inflammatory cytokines, whereas it precipitated acute LV (left ventricle) dysfunction. Therefore, contrary to the detrimental roles of TLR2, TLR3 and TLR4 in the infarcted heart, TLR5 is important to limit myocardial damage, inflammation and functional compromise after MIR.

The health promotion model and rare disease patients : a mixed methods study examining adherence to treatment in men with congenital hypogonadotropic hypogonadism

Rare diseases are typically chronic medical conditions of genetic etiology characterized by low prevalence and high complexity. Patients living with rare diseases face numerous physical, psychosocial and economic challenges that place them in the realm of health disparities. Congenital hypogonadotropic hypogonadism (CHH) is a rare endocrine disorder characterized by absent puberty and infertility. Little is known about the psychosocial impact of CHH on patients or their adherence to available treatments. This project aimed to examine the relationship between illness perceptions, depressive symptoms and adherence to treatment in men with CHH using the nursing-sensitive Health Promotion Model (HPM). A community based participatory research (CBPR) framework was employed as a model for empowering patients and overcoming health inequities. The study design used a sequential, explanatory mixed-methods approach. To reach dispersed CHH men, we used web-based recruitment and data collection (online survey). Subsequently, three patient focus groups were conducted to provide explanatory insights into the online survey (i.e. barriers to adherence, challenges of CHH, and coping/support) The online survey (n=101) revealed that CHH men struggle with adherence and often have long gaps in care (40% >1 year). They experience negative psychosocial consequences because of CHH and exhibit significantly increased rates of depression (p<0.001). Focus group participants (n=26) identified healthcare system, interpersonal, and personal factors as barriers to adherence. Further, CHH impacts quality of life and impedes psychosexual development in these men. The CHH men are active internet users who rely on the web forcrowdsourcing solutions and peer-to-peer support. Moreover, they are receptive to web-based interventions to address unmet health needs. This thesis contributes to nursing knowledge in several ways. First, it demonstrates the utility of the HPM as a valuable theoretical construct for understanding medication adherence and for assessing rare disease patients. Second, these data identify a range of unmet health needs that are targets for patient-centered interventions. Third, leveraging technology (high-tech) effectively extended the reach of nursing care while the CBPR approach and focus groups (high-touch) served as concurrent nursing interventions facilitating patient empowerment in overcoming health disparities. Last, these findings hold promise for developing e-health interventions to bridge identified shortfalls in care and activating patients for enhanced self- care and wellness -- Les maladies rares sont généralement de maladies chroniques d'étiologie génétique caractérisées par une faible prévalence et une haute complexité de traitement. Les patients atteints de maladies rares sont confrontés à de nombreux défis physiques, psychosociaux et économiques qui les placent dans une posture de disparité et d'inégalités en santé. L'hypogonadisme hypogonadotrope congénital (CHH) est un trouble endocrinien rare caractérisé par l'absence de puberté et l'infertilité. On sait peu de choses sur l'impact psychosocial du CHH sur les patients ou leur adhésion aux traitements disponibles. Ce projet vise à examiner la relation entre la perception de la maladie, les symptômes dépressifs et l'observance du traitement chez les hommes souffrant de CHH. Cette étude est modélisée à l'aide du modèle de la Promotion de la santé de Pender (HPM). Le cadre de l'approche communautaire de recherche participative (CBPR) a aussi été utilisé. La conception de l'étude a reposé sur une approche mixte séquentielle. Pour atteindre les hommes souffrant de CHH, un recrutement et une collecte de données ont été organisées électroniquement. Par la suite, trois groupes de discussion ont été menées avec des patients experts impliqués au sein d'organisations reliés aux maladies rares. Ils ont été invités à discuter certains éléments additionnels dont, les obstacles à l'adhésion au traitement, les défis généraux de vivre avec un CHH, et l'adaptation à la maladie en tenant compte du soutien disponible. Le sondage en ligne (n = 101) a révélé que les hommes souffrant de CHH ont souvent de longues périodes en rupture de soins (40% > 1 an). Ils vivent des conséquences psychosociales négatives en raison du CHH et présentent une augmentation significative des taux de dépression (p <0,001). Les participants aux groupes de discussion (n = 26) identifient dans l'ordre, les systèmes de soins de santé, les relations interpersonnelles, et des facteurs personnels comme des obstacles à l'adhésion. En outre, selon les participants, le CHH impacte négativement sur leur qualité de vie générale et entrave leur développement psychosexuel. Les hommes souffrant de CHH se considèrent être des utilisateurs actifs d'internet et comptent sur le web pour trouver des solutions pour trouver des ressources et y recherchent le soutien de leurs pairs (peer-to-peer support). En outre, ils se disent réceptifs à des interventions qui sont basées sur le web pour répondre aux besoins de santé non satisfaits. Cette thèse contribue à la connaissance des soins infirmiers de plusieurs façons. Tout d'abord, elle démontre l'utilité de la HPM comme une construction théorique utile pour comprendre l'adhésion aux traitements et pour l'évaluation des éléments de promotion de santé qui concernent les patients atteints de maladies rares. Deuxièmement, ces données identifient une gamme de besoins de santé non satisfaits qui sont des cibles pour des interventions infirmières centrées sur le patient. Troisièmement, méthodologiquement parlant, cette étude démontre que les méthodes mixtes sont appropriées aux études en soins infirmiers car elles allient les nouvelles technologies qui peuvent effectivement étendre la portée des soins infirmiers (« high-tech »), et l'approche CBPR par des groupes de discussion (« high-touch ») qui ont facilité la compréhension des difficultés que doivent surmonter les hommes souffrant de CHH pour diminuer les disparités en santé et augmenter leur responsabilisation dans la gestion de la maladie rare. Enfin, ces résultats sont prometteurs pour développer des interventions e-santé susceptibles de combler les lacunes dans les soins et l'autonomisation de patients pour une meilleure emprise sur les auto-soins et le bien-être.

Parallel feedback loops control the basal activity of the HOG MAPK signaling cascade.

Tight regulation of the MAP kinase Hog1 is crucial for survival under changing osmotic conditions. Interestingly, we found that Hog1 phosphorylates multiple upstream components, implying feedback regulation within the signaling cascade. Taking advantage of an unexpected link between glucose availability and Hog1 activity, we used quantitative single cell measurements and computational modeling to unravel feedback regulation operating in addition to the well-known adaptation feedback triggered by glycerol accumulation. Indeed, we found that Hog1 phosphorylates its activating kinase Ssk2 on several sites, and cells expressing a non-phosphorylatable Ssk2 mutant are partially defective for feedback regulation and proper control of basal Hog1 activity. Together, our data suggest that Hog1 activity is controlled by intertwined regulatory mechanisms operating with varying kinetics, which together tune the Hog1 response to balance basal Hog1 activity and its steady-state level after adaptation to high osmolarity.

Ewing sarcoma cancer stem cells : from mechanisms to therapeutic targeting

Le sarcome d'Ewing (SE) est la 2ème tumeur des os la plus fréquente chez les enfants, et le pronostic est sombre au stade métastatique. La pathogenèse du SE repose sur une translocation, provocant la fusion du domaine activateur du facteur de transcription EWS, avec la partie liant l'ADN de la protéine FLI-1. Les cellules souches cancéreuses (CSC) sont supposées être les moteurs de la croissance tumorale, et représente de ce fait des cibles thérapeutiques préférentielles. Dans ce travail nous nous sommes efforcés de comprendre, ainsi que de cibler les mécanismes liés à l'émergence des CSC dans le sarcome d'Ewing. La formation des CSC du ES est liée à un défaut de maturation des miRNAs provoqué par une sous-expression d'un gène, TARBP2, dans les CSC. Ce défaut de maturation peut être corrigé par un traitement des cellules avec de l'enoxacine, une fluoroquinolone utilisée pour traiter les infections urinaires. L'enoxacine seule n'étant pas suffisante pour éradiquer les tumeurs in vivo, nous avons testé la combinaison d'une thérapie ciblée sur les CSC avec une chimiothérapie classique, la doxorubicine, ciblant les cellules différentiées. In vitro l'enoxacine induit l'apoptose dans les CCS sans affecter les cellules différentiées, alors que à l'inverse, la doxorubicine n'affecte que les cellules de la « masse » tumorale. In vivo la combinaison de ces deux drogues inhibe la croissance de tumeurs provenant de cellules primaires xenotranplantées et éradique les CSCs. Nos résultats mettent en lumière une nouvelle approche thérapeutique directement applicable pour le sarcome d'Ewing, et pourraient ainsi rapidement déboucher sur des essais cliniques. Dans la deuxième partie de ce travail nous avons essayé de comprendre comment EWS-FLI1, la protéine de fusion issue de la translocation chromosomique du sarcome d'Ewing conduit à la génération des CSC. Pour cela nous avons effectué des ChIPseq (immunoprecipitation de la chromatine suivi de séquençage) pour EWS-FLI1 ainsi que pour certaines modifications histoniques. -- Ewing sarcoma family tumors (ESFT) are the second most frequent bone tumors in children and have a high rate of recurrence when metastatic at presentation. The pathogenesis of Ewing sarcoma is underlayed by a translocation, leading to the fusion of the trans-activating domain of EWS with the FLU DNA binding domain. Cancer stem cells (CSCs) are thought to be the driving force of tumor growth. In this work we focused on understanding the mechanisms underlying ESFT CSC emergence as well as defining targeted therapeutic strategies. Emergence of CSCs in ESFT has been shown to arise from a defect in TARBP2-dependent microRNA maturation, which can be corrected by exposure to the fluoroquinolone enoxacin. As enoxacin alone is not sufficient to reverse tumor growth in vivo, we assessed the effect of combining a drug that abrogates CSC properties with doxorubicin, a standard-of-care therapy in ESFT. Primary ESFT CSCs and bulk tumor cells were treated with different concentration of drugs and displayed divergent responses to doxorubicin and enoxacin. Doxorubicin, which targets the tumor bulk, displayed toxicity toward primary adherent ESFT cells in culture but not to CSC-enriched ESFT spheres. Conversely, enoxacin induced apoptosis but only in ESFT spheres and specifically on the CD133+ population. In combination, the two drugs markedly depleted CSC and strongly reduced primary growth in xenograft assays of two primary ESFT. Our results identify a potentially attractive therapeutic strategy for ESFT that combines mechanism-based targeting of CSC using a low toxicity antibiotic with a standard-of-care cytotoxic drug, offering immediate applications for clinical evaluation. In the second part of this work we performed chromatin immunopercipitation on CSCs and bulk cells for EWS-FLI1 binding as well as some chromatin modifications, and concluded that EWS-FLI1 shows cell context dependent binding.

The role of Notch receptor signaling in T helper 17 cell differentiation

Antigenic recognition by naive CD4+ T cells induces their proliferation and differentiation into functionally distinct T helper (Th) cell. Each CD4+ Th cell subset expresses specific transcription factors and produces signature cytokines that coordinate immune responses against encountered pathogens. Among the factors influencing CD4+ Th cell differentiation, Notch signaling pathway has been reported to play a role in the differentiation and function of multiple CD4+Thcell subsets. Notch signaling is an evolutionarily conserved cell-to-cell signaling cascade involved in many cell fate decision processes. How Notch signaling modulates the differentiation of CD4+ Th cell subsets and whether Notch signaling alone is sufficient or not for the differentiation of CD4+ Th cells is still a matter of debate. Th17 cells are a distinct subset of CD4+ Th cells. They play a role in the control of extracellular bacterial and fungal infections and may lead to inflammatory and autoimmune diseases if not properly regulated. Th17 cells are defined by the expression of RAR-related orphan receptor (ROR)a and RORyT transcription factors and their secretion of IL-17A, IL-17F cytokines. The involvement of Notch signaling in Th17 cell differentiation has mostly been studied in vitro. However, neither the experimental conditions when Notch signaling might be involved in Th17 cell differentiation in vitro and in vivo nor the precise role of Notch in this process remain clear. To better define how Notch signaling impacts Th17 differentiation, we used mice with T cell specific ablation of Notchl and Notch2 (N1 N2ACD4Cre) or of Notch transcriptional repressor RBP- JK (RBP-J ACD4Cre). We show that impaired Notch signaling in T cells, when TCR activating signal were reduced, increased RORyT and IL-17 mRNA levels during in vitro Th17 cell differentiation. Following immunization with OVA in CFA, an adjuvant that induces mostly Th17 cell response, increased IL-17A mRNA and intracellular IL-17A levels were observed in draining lymph nodes of Notch-deficient CD4+T cells. Our data suggest that Notch limited Th17 cell differentiation. Despite high levels of IL-17 mRNA and intracellular IL-17 proteins observed in Notch-deficient T cells, their release of Th17 cytokines ex vivo was markedly decreased, indicating a role for Notch signaling. During the second part of this thesis, we observed that the impact of Notch on Th17 cell differentiation and effector functions was context-dependent using different in vivo experimental models, in which Th17 cells and IL-17A were reported to contribute in the disease development. Collectively, our data reveal that Notch signaling controls the fine-tuning of Th17 cell differentiation and effector functions by limiting their differentiation but promoting selectively cytokine release through Notch-dependent mechanisms that still need to be defined. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes CD4+ T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent la réponse immunitaire contre les pathogènes rencontrés. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules et dans de nombreux processus de décisions cellulaires. La manière dont la voie de signalisation Notch régule la différenciation des lymphocytes CD4+ T en sous-types de cellules CD4+ auxiliaires, mais également la question de savoir si la voie de signalisation Notch est capable ou non d'induire la différenciation des cellules CD4+T auxiliaires, restent à débattre. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont un sous-type distinct de cellules CD4+T. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre des pathogènes tels que les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 peut conduire à des inflammations mais également à des maladies auto-immunes. Les cellules Th17 sont définies par l'expression de leurs facteurs de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)a, RORyT et par la sécrétion de cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a principalement été démontré in vitro. Malgré tout, ni les conditions expérimentales dans lesquelles cette voie pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17 in vitro et in vivo, mais également ni la fonction exacte de Notch dans ces processus, ne sont des questions résolues. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-J ACD4Cre). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17A sont augmentés dans les cellules Th17 pendant la différenciation in vitro, en présence de niveaux réduits des signaux activant les cellules T CD4+. Une augmentation dans les niveaux d'ARNm de IL-17A et de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique a été observée dans les cellules T CD4+ Notch déficientes, au niveau des ganglions drainants après immunisation avec l'OVA dans le CFA, un adjuvant induisant une réponse des cellules Th17. Nos résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL-17A au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré une augmentation de IL-17A au niveau de l'ARNm et protéinique dans les cellules CD4+ T Notch déficientes, paradoxalement la sécrétion de IL-17A mais également de cytokines associées aux fonctions effectrices des cellules Th17 sont profondément diminuées 6X vivo, suggérant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ce processus. Dans la deuxième partie de ce travail de thèse, nous avons observé que l'impact de Notch dans la différenciation des cellules Th17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux in vivo, où les cellules Th17 et l'IL-17A ont été identifiées comme ar-.riCociêSM dans le développement ds la pathologie. En résumé, nous avons montré que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation, mais en promouvant sélectivement leur relâchement en cytokines associés aux cellules Th17 par l'intermédiaire de mécanismes dépendant de Notch, qui restent toujours à déterminer. -- Lors d'une réponse immunitaire et grâce à la reconnaissance antigénique, les lymphocytes CD4+ T naïfs prolifèrent, puis se différencient en CD4+ T auxiliaires ("T helper" ou Th) fonctionnellement distincts. Chaque sous-population de lymphocytes T auxiliaires exprime des facteurs de transcription et des cytokines spécifiques qui coordonnent une réponse immunitaire contre différents pathogènes. Les mécanismes liés à la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires sont complexes et régulés. Une mauvaise régulation de la différenciation des lymphocytes CD4+ T auxiliaires peut conduire à des maladies auto-immunes, mais également à des processus inflammatoires. Parmi les facteurs influençant la différenciation des lymphocytes T auxiliaires, la voie de signalisation Notch a été identifiée comme ayant un rôle dans la différenciation et la fonction des différents sous-types de cellules CD4+ T auxiliaires. La voie de signalisation Notch est une voie évolutivement conservée, qui est impliquée dans la signalisation entre les cellules, mais également dans de nombreux processus de décisions cellulaires. Quelle est l'implication de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des lymphocytes CD4+ en sous-types de cellules CD4+T auxiliaires et comment cette voie agit dans ce processus, sont des questions débattues. Les cellules T auxiliaires 17 (Th17) sont une sous-population distincte de lymphocytes CD4+. Elles jouent un rôle important dans la défense immunitaire contre les bactéries extracellulaires et les champignons. Une dérégulation de la réponse des cellules Th17 a été associée à des maladies auto-immunes et à l'inflammation. Les cellules Th17 sont définies par l'expression du facteur de transcription RAR-related orphan receptor (ROR)yT et des cytokines comme IL-17A, IL-17F. Le rôle de la voie de signalisation Notch dans la différenciation des cellules Th17 a été principalement démontré dans des études expérimentales in vitro. Malgré tout, les conditions expérimentales exactes dans lesquelles la voie de signalisation de Notch pourrait être impliquée dans la différenciation des cellules Th17, mais également le rôle de Notch dans ce processus ne sont pas encore clairement élucidés. Afin de mieux définir comment la voie de signalisation Notch est impliquée dans la différenciation des cellules Th17, nous avons utilisé des souris avec une déficience spécifique dans les cellules T des récepteurs Notchl et Notch2 (N1 N2ACD4Cre) ou du répresseur transcriptionnel de Notch RBP-JK (RBP-JACD4CRE). Nous avons montré que lorsque la voie de signalisation Notch est déficiente, les niveaux d'ARN messager (ARNm) de RORyT et de IL-17 sont augmentés dans les cellules Th17 pendant leur différenciation in vitro. Cet effet de Notch sur la transcription apparaît être facultatif lorsque les conditions environnementales sont en excès in vitro. Après immunisation avec un adjuvant qui induit principalement une réponse des cellules Th17, nous avons observé que les niveaux de ARNm de IL-17A et aussi de IL-17A intracellulaire au niveau protéinique étaient augmentés dans les ganglions drainants dans les cellules CD4+ Notch déficientes. Ces résultats suggèrent que Notch pourrait réguler négativement l'expression de IL- 17 au niveau transcriptionnel mais également protéinique. Malgré des niveaux plus élevés de IL- 17 ARNm et aussi IL-17A intracellulaire dans les cellules T Notch déficientes, le relâchement en cytokines Th17 est profondément diminué indiquant un rôle de la voie de signalisation Notch dans ces processus de sécrétion. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons observé que le rôle de Notch dans ia différenciation dss cellules Ti,17 et dans leurs fonctions effectrices était dépendant du contexte dans d'autres modèles expérimentaux, qui ont été rapportés comme une réponse induisant des cellules Th17. En résumé, nos données montrent que la voie de la signalisation Notch contrôle la régulation précise de la différenciation des cellules Th17 en limitant leur différenciation mais en promouvant sélectivement le relâchement en cytokines associées aux cellules Th17 par des mécanismes dépendant de Notch qui restent toujours à déterminer. Par conséquent, l'inhibition de la voie de signalisation Notch pourrait être utilisée dans des situations inflammatoires ou d'auto-immunité où la réponse des cellules Th17 est exacerbée.

Dysregulated ADAM10-Mediated Processing of APP during a Critical Time Window Leads to Synaptic Deficits in Fragile X Syndrome.

The Fragile X mental retardation protein (FMRP) regulates neuronal RNA metabolism, and its absence or mutations leads to the Fragile X syndrome (FXS). The β-amyloid precursor protein (APP) is involved in Alzheimer's disease, plays a role in synapse formation, and is upregulated in intellectual disabilities. Here, we show that during mouse synaptogenesis and in human FXS fibroblasts, a dual dysregulation of APP and the α-secretase ADAM10 leads to the production of an excess of soluble APPα (sAPPα). In FXS, sAPPα signals through the metabotropic receptor that, activating the MAP kinase pathway, leads to synaptic and behavioral deficits. Modulation of ADAM10 activity in FXS reduces sAPPα levels, restoring translational control, synaptic morphology, and behavioral plasticity. Thus, proper control of ADAM10-mediated APP processing during a specific developmental postnatal stage is crucial for healthy spine formation and function(s). Downregulation of ADAM10 activity at synapses may be an effective strategy for ameliorating FXS phenotypes.

Caloric restriction induces energy-sparing alterations in skeletal muscle contraction, fiber composition and local thyroid hormone metabolism that persist during catch-up fat upon refeeding.

Weight regain after caloric restriction results in accelerated fat storage in adipose tissue. This catch-up fat phenomenon is postulated to result partly from suppressed skeletal muscle thermogenesis, but the underlying mechanisms are elusive. We investigated whether the reduced rate of skeletal muscle contraction-relaxation cycle that occurs after caloric restriction persists during weight recovery and could contribute to catch-up fat. Using a rat model of semistarvation-refeeding, in which fat recovery is driven by suppressed thermogenesis, we show that contraction and relaxation of leg muscles are slower after both semistarvation and refeeding. These effects are associated with (i) higher expression of muscle deiodinase type 3 (DIO3), which inactivates tri-iodothyronine (T3), and lower expression of T3-activating enzyme, deiodinase type 2 (DIO2), (ii) slower net formation of T3 from its T4 precursor in muscles, and (iii) accumulation of slow fibers at the expense of fast fibers. These semistarvation-induced changes persisted during recovery and correlated with impaired expression of transcription factors involved in slow-twitch muscle development. We conclude that diminished muscle thermogenesis following caloric restriction results from reduced muscle T3 levels, alteration in muscle-specific transcription factors, and fast-to-slow fiber shift causing slower contractility. These energy-sparing effects persist during weight recovery and contribute to catch-up fat.

Alternatively spliced proline-rich cassettes link WNK1 to aldosterone action.

The thiazide-sensitive NaCl cotransporter (NCC) is important for renal salt handling and blood-pressure homeostasis. The canonical NCC-activating pathway consists of With-No-Lysine (WNK) kinases and their downstream effector kinases SPAK and OSR1, which phosphorylate NCC directly. The upstream mechanisms that connect physiological stimuli to this system remain obscure. Here, we have shown that aldosterone activates SPAK/OSR1 via WNK1. We identified 2 alternatively spliced exons embedded within a proline-rich region of WNK1 that contain PY motifs, which bind the E3 ubiquitin ligase NEDD4-2. PY motif-containing WNK1 isoforms were expressed in human kidney, and these isoforms were efficiently degraded by the ubiquitin proteasome system, an effect reversed by the aldosterone-induced kinase SGK1. In gene-edited cells, WNK1 deficiency negated regulatory effects of NEDD4-2 and SGK1 on NCC, suggesting that WNK1 mediates aldosterone-dependent activity of the WNK/SPAK/OSR1 pathway. Aldosterone infusion increased proline-rich WNK1 isoform abundance in WT mice but did not alter WNK1 abundance in hypertensive Nedd4-2 KO mice, which exhibit high baseline WNK1 and SPAK/OSR1 activity toward NCC. Conversely, hypotensive Sgk1 KO mice exhibited low WNK1 expression and activity. Together, our findings indicate that the proline-rich exons are modular cassettes that convert WNK1 into a NEDD4-2 substrate, thereby linking aldosterone and other NEDD4-2-suppressing antinatriuretic hormones to NCC phosphorylation status.

Calcium-Mediated Induction of Paradoxical Growth following Caspofungin Treatment Is Associated with Calcineurin Activation and Phosphorylation in Aspergillus fumigatus.

The echinocandin antifungal drug caspofungin at high concentrations reverses the growth inhibition of Aspergillus fumigatus, a phenomenon known as the "paradoxical effect," which is not consistently observed with other echinocandins (micafungin and anidulafungin). Previous studies of A. fumigatus revealed the loss of the paradoxical effect following pharmacological or genetic inhibition of calcineurin, yet the underlying mechanism is poorly understood. Here, we utilized a codon-optimized bioluminescent Ca(2+) reporter aequorin expression system in A. fumigatus and showed that caspofungin elicits a transient increase in cytosolic free Ca(2+) ([Ca(2+)]c) in the fungus that acts as the initial trigger of the paradoxical effect by activating calmodulin-calcineurin signaling. While the increase in [Ca(2+)]c was also observed upon treatment with micafungin, another echinocandin without the paradoxical effect, a higher [Ca(2+)]c increase was noted with the paradoxical-growth concentration of caspofungin. Treatments with a Ca(2+)-selective chelator, BAPTA [1,2-bis(o-aminophenoxy)ethane-N,N,N',N'-tetraacetic acid], or the L-type Ca(2+) channel blocker verapamil abolished caspofungin-mediated paradoxical growth in both the wild-type and the echinocandin-resistant (EMFR-S678P) strains. Concomitant with increased [Ca(2+)]c levels at higher concentrations of caspofungin, calmodulin and calcineurin gene expression was enhanced. Phosphoproteomic analysis revealed that calcineurin is activated through phosphorylation at its serine-proline-rich region (SPRR), a domain previously shown to be essential for regulation of hyphal growth, only at a paradoxical-growth concentration of caspofungin. Our results indicate that as opposed to micafungin, the increased [Ca(2+)]c at high concentrations of caspofungin activates calmodulin-calcineurin signaling at both a transcriptional and a posttranslational level and ultimately leads to paradoxical fungal growth.

The caspase-3-p120-RasGAP module generates a NF-κB repressor in response to cellular stress.

The nuclear factor κB (NF-κB) transcription factor is a master regulator of inflammation. Short-term NF-κB activation is generally beneficial. However, sustained NF-κB might be detrimental, directly causing apoptosis of cells or leading to a persistent damaging inflammatory response. NF-κB activity in stressed cells needs therefore to be controlled for homeostasis maintenance. In mildly stressed cells, caspase-3 cleaves p120 RasGAP, also known as RASA1, into an N-terminal fragment, which we call fragment N. We show here that this fragment is a potent NF-κB inhibitor. Fragment N decreases the transcriptional activity of NF-κB by promoting its export from the nucleus. Cells unable to generate fragment N displayed increased NF-κB activation upon stress. Knock-in mice expressing an uncleavable p120 RasGAP mutant showed exaggerated NF-κB activation when their epidermis was treated with anthralin, a drug used for the treatment of psoriasis. Our study provides biochemical and genetic evidence of the importance of the caspase-3-p120-RasGAP stress-sensing module in the control of stress-induced NF-κB activation.