Experimental analysis and computer prediction of CTF/NFI transcription factor DNA binding sites.

Accurate prediction of transcription factor binding sites is needed to unravel the function and regulation of genes discovered in genome sequencing projects. To evaluate current computer prediction tools, we have begun a systematic study of the sequence-specific DNA-binding of a transcription factor belonging to the CTF/NFI family. Using a systematic collection of rationally designed oligonucleotides combined with an in vitro DNA binding assay, we found that the sequence specificity of this protein cannot be represented by a simple consensus sequence or weight matrix. For instance, CTF/NFI uses a flexible DNA binding mode that allows for variations of the binding site length. From the experimental data, we derived a novel prediction method using a generalised profile as a binding site predictor. Experimental evaluation of the generalised profile indicated that it accurately predicts the binding affinity of the transcription factor to natural or synthetic DNA sequences. Furthermore, the in vitro measured binding affinities of a subset of oligonucleotides were found to correlate with their transcriptional activities in transfected cells. The combined computational-experimental approach exemplified in this work thus resulted in an accurate prediction method for CTF/NFI binding sites potentially functioning as regulatory regions in vivo.

Notch signaling is a direct determinant of keratinocyte growth arrest and entry into differentiation.

The role of Notch signaling in growth/differentiation control of mammalian epithelial cells is still poorly defined. We show that keratinocyte-specific deletion of the Notch1 gene results in marked epidermal hyperplasia and deregulated expression of multiple differentiation markers. In differentiating primary keratinocytes in vitro endogenous Notch1 is required for induction of p21WAF1/Cip1 expression, and activated Notch1 causes growth suppression by inducing p21WAF1/Cip1 expression. Activated Notch1 also induces expression of 'early' differentiation markers, while suppressing the late markers. Induction of p21WAF1/Cip1 expression and early differentiation markers occur through two different mechanisms. The RBP-Jkappa protein binds directly to the endogenous p21 promoter and p21 expression is induced specifically by activated Notch1 through RBP-Jkappa-dependent transcription. Expression of early differentiation markers is RBP-Jkappa-independent and can be induced by both activated Notch1 and Notch2, as well as the highly conserved ankyrin repeat domain of the Notch1 cytoplasmic region. Thus, Notch signaling triggers two distinct pathways leading to keratinocyte growth arrest and differentiation.

Genetic selection system allowing monitoring of myofibrillogenesis in living cardiomyocytes derived from mouse embryonic stem cells

Embryonic stem (ES) cell-derived cardiomyocytes recapitulate cardiomyogenesis in vitro and are a potential source of cells for cardiac repair. However, this requires enrichment of mixed populations of differentiating ES cells into cardiomyocytes. Toward this goal, we have generated bicistronic vectors that express both the blasticidin S deaminase (bsd) gene and a fusion protein consisting of either myosin light chain (MLC)-3f or human alpha-actinin 2A and enhanced green fluorescent protein (EGFP) under the transcriptional control of the alpha-cardiac myosin heavy chain (alpha-MHC) promoter. Insertion of the DNase I-hypersensitive site (HS)-2 element from the beta-globin locus control region, which has been shown to reduce transgene silencing in other cell systems, upstream of the transgene promoter enhanced MLC3f-EGFP gene expression levels in mouse ES cell lines. The alpha-MHC-alpha-actinin-EGFP, but not the alpha-MHC-MLC3f-EGFP, construct resulted in the correct incorporation of the newly synthesized fusion protein at the Z-band of the sarcomeres in ES cell-derived cardiomyocytes. Exposure of embryoid bodies to blasticidin S selected for a relatively pure population of cardiomyocytes within 3 days. Myofibrillogenesis could be monitored by fluorescence microscopy in living cells due to sarcomeric epitope tagging. Therefore, this genetic system permits the rapid selection of a relatively pure population of developing cardiomyocytes from a heterogeneous population of differentiating ES cells, simultaneously allowing monitoring of early myofibrillogenesis in the selected myocytes

Evolutionary and ecological significance of non-shivering thermogenesis in the common vole

La production endogène à long terme de chaleur, même au repos, est une adaptation que l'on retrouve chez les animaux à sang chaud (les oiseaux et les mammifères). Cette production de chaleur a comme but le maintien d'une température constante du corps indépendamment de la température extérieure. A cette fin, les mammifères ont développé une forme de tissu spécialisé nommé tissu adipeux brun (BAT). Ce tissu est responsable de la conversion de nourriture en chaleur, procédé appelé thermogenèse sans frisson (NST = non-shivering thermogenesis). Durant ce procédé la uncoupling protein 1 (UCP1) convertit, au sein des mitochondries, la nourriture en chaleur au lieu de produire de l'ATP, molécule utilisée comme énergie cellulaire. On suppose que cette inefficacité de la conversion de la nourriture en ATP dans le BAT influence l'homéostasie de l'énergie, l'allocation des ressources ainsi que la régulation de processus gourmant en énergie comme la croissance et la reproduction. Afin de maintenir une température du corps constante, les mammifères doivent ajuster leur NST en fonction de la température ambiante. La NST devrait être donc plus importante que la croissance et la reproduction durant l'hiver que lors l'été/à haute altitude qu'à basse altitude. En effet, plusieurs études ont déjà démontré la dépendance de la NST aux divers paramètres environnementaux. Par contre, l'héritabilité de la NST ainsi que sa relation avec d'autres traits de caractère, ne sont que très peu connus, ceci malgré l'importance d'une telle information afin de pouvoir comprendre son potentiel évolutif. L'étude de l'importance évolutive et écologique sur la NST chez les campagnols des champs (Microtus arvalis) fut donc le but cette thèse de doctorat. Grâce aux informations collectées sur 4 générations de campagnols (chapitre 1), une dépendance saisonnière et journalière de la NST a été démontrée: elle augmente lors des périodes froides et diminue lors de la lactation. On a démontré que bien qu'étant plastique, la variation de la NST a une composante génétique significative. Elle est corrélée avec le taux d'activité métabolique au repos indiquant des contraintes intrinsèques. A l'aide d'une expérience de jardin commune, on a pu démontrer dans le chapitre 2 que les campagnols habitant en altitude ont une capacité génétique de thermogenèse sans frisson plus haute que celles de basse altitude. Ils produisent des portées plus petites et leur descendance grandit moins vite, surtout à partir du 10ème jour ce qui coïncide avec le début de la production de chaleur endogène. En choisissant artificiellement des campagnols avec une NST faible ou grande, on a pu démontrer une relation entre la NST et la développement de la masse corporelle. Les campagnols avec une haute NST grandissent plus lentement et sont plus légères à l'âge adulte que celles ayant une basse NST. A l'aide d'un croisement interligne entre les campagnols sélectionnés (avec basse et haute NST), on a pu montrer dans le chapitre 3 des effets « parent-of-origin >> du développement massique de la descendance, indiquant une empreinte génétique parentale. Cela veut dire que l'expression d'un allele dépend de l'origine parentale. De plus, des effets « parent-of-origin » des taux de base de norépinephrine et d'irisine ont pu être trouvés. Ces hormones sont connues pour influencer non seulement la TSF mais aussi d'autres caractéristiques. Ces influences ouvrent la voie à de nouvelles études sur la relation entre la TSF et l'histoire de vie. Dans le chapitre 4 on a démontré des effets à long terme de l'allocation des ressources en manipulant la taille des portées qui ont abouti à des différences dans l'investissement dans la reproduction et de la croissance de la descendance à la fois dans le cas de la reproduction manipulé et aussi dans le non - manipulée entre les femelles avec portées agrandies et réduites. Ensemble, ces résultats mettent en évidence le rôle central de la NST dans l'allocation des ressources sur la base d'un compromis entre le maintien et la croissance et ainsi transforme l'histoire de vie des mammifères. Ces études montrent comment les mammifères peuvent répondre rapidement à court et à long terme (c'est-à-dire par des réponses génétiques ou plastiques) à un changement rapide du climat. On montre aussi qu'il y a probablement une corrélation entre l'histoire de vie et des changements du comportement. Finalement mes résultats ont montré un lien étroit entre la NST et la croissance et les dimensions du corps. Ces résultats indiquent que le tissu adipeux brun et la NST pourraient être une cible thérapeutique intéressante pour traiter l'obésité.

CDK9 regulates AR promoter selectivity and cell growth through serine 81 phosphorylation.

Previously we determined that S81 is the highest stoichiometric phosphorylation on the androgen receptor (AR) in response to hormone. To explore the role of this phosphorylation on growth, we stably expressed wild-type and S81A mutant AR in LHS and LAPC4 cells. The cells with increased wild-type AR expression grow faster compared with parental cells and S81A mutant-expressing cells, indicating that loss of S81 phosphorylation limits cell growth. To explore how S81 regulates cell growth, we tested whether S81 phosphorylation regulates AR transcriptional activity. LHS cells stably expressing wild-type and S81A mutant AR showed differences in the regulation of endogenous AR target genes, suggesting that S81 phosphorylation regulates promoter selectivity. We next sought to identify the S81 kinase using ion trap mass spectrometry to analyze AR-associated proteins in immunoprecipitates from cells. We observed cyclin-dependent kinase (CDK)9 association with the AR. CDK9 phosphorylates the AR on S81 in vitro. Phosphorylation is specific to S81 because CDK9 did not phosphorylate the AR on other serine phosphorylation sites. Overexpression of CDK9 with its cognate cyclin, Cyclin T, increased S81 phosphorylation levels in cells. Small interfering RNA knockdown of CDK9 protein levels decreased hormone-induced S81 phosphorylation. Additionally, treatment of LNCaP cells with the CDK9 inhibitors, 5,6-dichloro-1-β-D-ribofuranosylbenzimidazole and Flavopiridol, reduced S81 phosphorylation further, suggesting that CDK9 regulates S81 phosphorylation. Pharmacological inhibition of CDK9 also resulted in decreased AR transcription in LNCaP cells. Collectively these results suggest that CDK9 phosphorylation of AR S81 is an important step in regulating AR transcriptional activity and prostate cancer cell growth.

Mechanisms of CYR61 mediated breast cancer metastasis to the lung

CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) is a matricellular protein that regulates cell proliferation, adhesion, migration and cell survival through interaction with various types of integrin cell adhesion receptors. At tissue level it is implicated in the regulation of embryonic development, wound healing and angiogenesis. CYR61 has also been involved in cancer progression, however its role appears to be diverse and complex depending on the cancer type and stage. Its contribution to metastasis formation is still unclear. Previous findings reported by our laboratory demonstrated that CYR61 cooperates with avßs integrin to promote invasion and metastasis of cancers growing in a pre-irradiated microenvironment. In this work, we used an orthotopic model of breast cancer to show for the first time that silencing of CYR61 in breast cancer cells suppresses lung metastasis formation. Silencing of MDA-MB-231 reduced both local growth and lung metastasis formation of tumor cells implanted in a pre-irradiated mammary fat pad. CYR61 silencing in tumors growing in non-irradiated mammary fat pads did not impact primary tumor growth but decreased lung metastasis formation. The effect of CYR61 on spontaneous lung metastasis formation during natural cancer progression was further examined by using an experimental model of metastasis. Results from these experiments indicate that CYR61 is critically involved in promoting cancer cells entry into lung parenchyma rather than later steps of colonization. In vitro experiments showed that CYR61 promotes tumor cell spreading, migration and transendothelial migration. CYR61 also supported colony formation under anchorage-independent condition and promotes resistance to anoikis through the involvement of ß1 and ß3 integrin. These results indicate that CYR61 promotes lung metastasis of breast cancer by facilitating extravasation into lung parenchyma through enhanced motility, transendothelial migration and resistance to anoikis. - CYR61 (Cysteine-rich angiogenic inducer 61) est une protéine matricellulaire qui régule la prolifération, l'adhérence, la migration et la survie des cellules par son interaction avec différents types de récepteurs d'adhésion cellulaire de la famille des intégrine. Au niveau des tissus, CYR61 est impliquée dans la régulation du développement embryonnaire, de la cicatrisation et de l'angiogenèse. CYR61 a également été impliquée dans le cancer, mais son rôle semble être divers et complexe en fonction du type du cancer et de son stade. Son rôle dans la formation des métastases n'est pas encore clair. Des résultats antérieurs rapportés par notre laboratoire ont montré que CYR61 coopère avec l'intégrine avß5 pour favoriser l'invasion et la métastase de tumeurs se développant dans un micro-environnement pré-irradié. Dans ce travail, nous avons utilisé un modèle orthotopique de cancer du sein pour démontrer pour la première fois que l'extinction (silencing) du gène CYR61 dans le cancer du sein réduit la formation de métastases pulmonaires. L'extinction de CYR61 dans la lignée cellulaire de cancer du sein humain MDA-MB- 231 réduit à la fois la croissance local ainsi que la formation de métastases pulmonaires à partir de cellules implantés dans les coussinets adipeux mammaires pré-irradié. L'extinction de CYR61 dans des tumeurs grandissant dans les coussinets adipeux mammaires non irradiées n'a pas d'incidence sur la croissance tumorale primaire mais réduit la formation des métastases pulmonaires. Par la suite nous avons examiné l'effet de CYR61 sur la formation de métastases pulmonaires en utilisant un modèle expérimental de métastase. Les résultats de ces expériences indiquent que CYR61 est impliquée de manière cruciale dans les étapes précoces de la formation de métastases, plutôt que dans les étapes tardives de colonisation du poumon. Des expériences in vitro ont montré que CYR61 favorise l'étalement, la migration et la transmigration endothéliale des cellules tumorales. CYR61 favorise également la formation de colonies dans des conditions indépendante de l'ancrage et la résistance à l'anoïkis par l'engagement des intégrines ß1 et ß3. Ces résultats indiquent que CYR61 favorise les métastases pulmonaires du cancer du sein en facilitant l'extravasation dans le parenchyme pulmonaire grâce à la stimulation de la motilità, de la migration transmigration endothéliale et de la résistance à l'anoïkis.

In vivo gene transfer into the ocular ciliary muscle mediated by ultrasound and microbubbles.

This study aimed to assess application of ultrasound (US) combined with microbubbles (MB) to transfect the ciliary muscle of rat eyes. Reporter DNA plasmids encoding for Gaussia luciferase, β-galactosidase or the green fluorescent protein (GFP), alone or mixed with 50% Artison MB, were injected into the ciliary muscle, with or without US exposure (US set at 1 MHz, 2 W/cm(2), 50% duty cycle for 2 min). Luciferase activity was measured in ocular fluids at 7 and 30 days after sonoporation. At 1 week, the US+MB treatment showed a significant increase in luminescence compared with control eyes, injected with plasmid only, with or without MB (×2.6), and, reporter proteins were localized in the ciliary muscle by histochemical analysis. At 1 month, a significant decrease in luciferase activity was observed in all groups. A rise in lens and ciliary muscle temperature was measured during the procedure but did not result in any observable or microscopic damages at 1 and 8 days. The feasibility to transfer gene into the ciliary muscle by US and MB suggests that sonoporation may allow intraocular production of proteins for the treatment of inflammatory, angiogenic and/or degenerative retinal diseases.

Catechol-binding serines of beta(2)-adrenergic receptors control the equilibrium between active and inactive receptor states.

The binding free energy for the interaction between serines 204 and 207 of the fifth transmembrane helix of the beta(2)-adrenergic receptor (beta(2)-AR) and catecholic hydroxyl (OH) groups of adrenergic agonists was analyzed using double mutant cycles. Binding affinities for catecholic and noncatecholic agonists were measured in wild-type and mutant receptors, carrying alanine replacement of the two serines (S204A, S207A beta(2)-AR), a constitutive activating mutation, or both. The free energy coupling between the losses of binding energy attributable to OH deletion from the ligand and from the receptor indicates a strong interaction (nonadditivity) as expected for a direct binding between the two sets of groups. However, we also measured a significant interaction between the deletion of OH groups from the receptor and the constitutive activating mutation. This suggests that a fraction of the decrease in agonist affinity caused by serine mutagenesis may involve a shift in the conformational equilibrium of the receptor toward the inactive state. Direct measurements using a transient transfection assay confirm this prediction. The constitutive activity of the (S204A, S207A) beta(2)-AR mutant is 50 to 60% lower than that of the wild-type beta(2)-AR. We conclude that S204 and S207 do not only provide a docking site for the agonist, but also control the equilibrium of the receptor between active (R*) and inactive (R) forms.

SDF 1-alpha (CXCL12) triggers glutamate exocytosis from astrocytes on a millisecond time scale: Imaging analysis at the single-vesicle level with TIRF microscopy

Chemokines are small chemotactic molecules widely expressed throughout the central nervous system. A number of papers, during the past few years, have suggested that they have physiological functions in addition to their roles in neuroinflammatory diseases. In this context, the best evidence concerns the CXC-chemokine stromal cell-derived factor (SDF-1alpha or CXCL12) and its receptor CXCR4, whose signalling cascade is also implicated in the glutamate release process from astrocytes. Recently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs) that express vesicular glutamate transporters (VGLUTs) and are able to release glutamate by Ca(2+)-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Here, in order to elucidate whether SDF-1alpha/CXCR4 system can participate to the brain fast communication systems, we investigated whether the activation of CXCR4 receptor triggers glutamate exocytosis in astrocytes. By using total internal reflection (TIRF) microscopy and the membrane-fluorescent styryl dye FM4-64, we adapted an imaging methodology recently developed to measure exocytosis and recycling in synaptic terminals, and monitored the CXCR4-mediated exocytosis of SLMVs in astrocytes. We analyzed the co-localization of VGLUT with the FM dye at single-vesicle level, and observed the kinetics of the FM dye release during single fusion events. We found that the activation of CXCR4 receptors triggered a burst of exocytosis on a millisecond time scale that involved the release of Ca(2+) from internal stores. These results support the idea that astrocytes can respond to external stimuli and communicate with the neighboring cells via fast release of glutamate.

The estrogen-responsive element as an inducible enhancer: DNA sequence requirements and conversion to a glucocorticoid-responsive element.

The estrogen-responsive element (ERE) present in the 5'-flanking region of the Xenopus laevis vitellogenin (vit) gene B1 has been characterized by transient expression analysis of chimeric vit-tk-CAT (chloramphenicol acetyltransferase) gene constructs transfected into the human estrogen-responsive MCF-7 cell line. The vit B1 ERE behaves like an inducible enhancer, since it is able to confer estrogen inducibility to the heterologous HSV thymidine kinase (tk) promoter in a relative position- and orientation-independent manner. In this assay, the minimal B1 ERE is 33 bp long and consists of two 13 bp imperfect palindromic elements both of which are required for the enhancer activity. A third imperfect palindromic element is present further upstream within the 5'-flanking region of the gene but is unable to confer hormone responsiveness by itself. Similarly, neither element forming the B1 ERE can alone confer estrogen inducibility to the tk promoter. However, in combinations of two, all three imperfect palindromes can act cooperatively to form a functional ERE. In contrast a single 13 bp perfect palindromic element, GGTCACTGTGACC, such as the one found upstream of the vit gene A2, is itself sufficient to act as a fully active ERE. Single point mutations within this element abolish estrogen inducibility, while a defined combination of two mutations converts this ERE into a glucocorticoid-responsive element.

Lymphoid stroma in health and disease

Summary Secondary lymphoid organs (SLOB), such as lymph nodes and spleen, are the sites where primary immune responses are initiated. T lymphocytes patrol through the blood and SLOs on the search for pathogens which are presented to them as antigens by dendritic cells. Stromal cells in the Tzone - so called T zone fibroblastic reticular cells (TRCs) -are critical in organizing the migration of T cells and dendritic cells by producing the chemoattractants CCL19 and CCL21 and by forming a network which T cells use as a guidance system. They also form a system of small channels or conduits that allow rapid transport of small antigen molecules or cytokines from the subcapsular sinus to high endothelial venules. The phenotype and function of TRCs have otherwise remained largely unknown. We found a critical role for lymph node access in CD4+ and CD8+ T cell homeostasis and identified TRCs within these organs as the major source of interleukin-7 (IL-7). IL-7 is an essential survival factor for naïve T lymphocytes of which the cellular source in the periphery had been poorly defined. In vitro, TRC were able to prevent the death of naïve T but not of B lymphocytes by secreting IL-7 and the CCR7 ligand CCL 19. Using gene-targeted mice, we show anon-redundant function of CCL19 in T cell homeostasis. The data suggest that TRCs regulate T cell numbers by providing a limited reservoir of survival factors for which T cells have to compete. They help to maintain a diverse T cell repertoire granting full immunocompetence. To determine whether TRCs also play a role in pathology, we characterized so-called tertiary lymphoid organs (TLOs) that often develop at sites of chronic inflammation. We show that TLOs resemble lymph nodes or Peyer's patches not only with regard to lymphoid cells. TLOs formed extensive TRC networks and a functional conduit system in all three marine inflammation models tested. In one model we dissected the cells and signals leading to the formation of these structures. We showed that they critically depend on the presence of lymphotoxin and lymphoid tissue inducer cells. TRCs in TLOs also produce CCL19, GCL21 and possibly IL-7 which are all involved in the development of TLOs. Stromal cells therefore play a central role in the onset and perpetuation of chronic inflammatory diseases and could be an interesting target for therapy. Résumé Le système immunitaire est la défense de notre corps contre toutes sortes d'infections et de tumeurs. II est constitué de différentes populations de lymphocytes qui patrouillent constamment le corps à la recherche de pathogène. Parmi eux, les lymphocytes T et B passent régulièrement dans les organes lymphoïdes secondaires (SLO) qui sont les sites d'initiation de la réponse immunitaire. Les lymphocytes T sont recrutés du sang aux SLO où ils cherchent leur antigène respectif présenté par des cellules dendritiques. Des cellules stromales dans la zone T -nommées fibroblastic reticular cells' (TRC) -sécrètent des chimiokines CCL19 et CCL21 et ainsi facilitent les rencontres entre lymphocytes T et cellules dendritiques. De plus, elles forment un réseau que les lymphocytes T utilisent comme système de guidage. Ce réseau forme des petits canaux (ou conduits) qui permettent le transport rapide, d'antigène soluble ou de cytokines, de la lymphe aux veinules à endothelium épais (HEV). Le phénotype ainsi que les autres fonctions des TRCs demeurent encore à ce jour inconnus. Nous avons trouvé que l'accès des lymphocytes T CD4+ et CD8+ aux ganglions joue un rôle central pour l'homéostasie. Interleukin-7 (IL-7) est un facteur de survie essentiel pour les lymphocytes T naïfs dont la source cellulaire dans la périphérie était mal définie. Nous avons identifié les TRCs dans les ganglions comme source principale d'interleukin-7 (IL-7). In vitro, les TRCs étaient capable de prévenir la mort des lymphocytes T mais pas celle de lymphocytes B grâce à la sécrétion d'IL-7 et de CCL19. En utilisant des souris déficientes du gène CCL19, nous avons observé que l'homéostasie des lymphocytes T dépend aussi de CCL19 in vivo. Les données suggèrent que les TRCs aident à maintenir un répertoire large et diversifié de cellules T et ainsi l'immunocompétence. Pour déterminer si les TRCs pourraient jouer un rote également dans la pathologie, nous avons caractérisé des organes lymphoïdes tertiaires (TLOs) souvent associés avec l'inflammation chronique. Les TLOs ressemblent à des ganglions ou des plaques de Peyer pas seulement en ce qui concerne la présence de lymphocytes. Nous avons constaté que les TLOs forment des réseaux de TRC et un système fonctionnel de conduits. La formation de ces structures est fortement diminuée dans l'absence du signal lymphotoxin ou des cellules connues comme ymphoid tissue-inducer tells: Les TRCs dans les TLOs produisent les chimiokines CCL19, CCL21 et possiblement aussi IL-7 qui sont impliquées dans le développement des TLOs. Les cellules stromales jouent donc un rôle central dans l'initation et la perpétuation des maladies inflamatoires chroniques et pourraient être une cible intéressante pour la thérapie.

Excitotoxicity-induced endocytosis confers drug targeting in cerebral ischemia.

OBJECTIVE: Targeting neuroprotectants specifically to the cells that need them is a major goal in biomedical research. Many peptidic protectants contain an active sequence linked to a carrier such as the transactivator of transcription (TAT) transduction sequence, and here we test the hypothesis that TAT-linked peptides are selectively endocytosed into neurons stressed by excitotoxicity and focal cerebral ischemia. METHODS: In vivo experiments involved intracerebroventricular injection of TAT peptides or conventional tracers (peroxidase, fluorescein isothiocyanate-dextran) in young rats exposed to occlusion of the middle cerebral artery at postnatal day 12. Cellular mechanisms of uptake were analyzed in dissociated cortical neuronal cultures. RESULTS: In both models, all tracers were taken up selectively into stressed neurons by endocytosis. In the in vivo model, this was neuron specific and limited to the ischemic area, where the neurons displayed enhanced immunolabeling for early endosomal antigen-1 and clathrin. The highly efficient uptake of TAT peptides occurred by the same selective mechanism as for conventional tracers. All tracers were targeted to the nucleus and cytoplasm of neurons that appeared viable, although ultimately destined to die. In dissociated cortical neuronal cultures, an excitotoxic dose of N-methyl-D-aspartate induced a similar endocytosis. It was 100 times more efficient with TAT peptides than with dextran, because the former bound to heparan sulfate proteoglycans at the cell surface, but it depended on dynamin and clathrin in both cases. INTERPRETATION: Excitotoxicity-induced endocytosis is the main entry route for protective TAT peptides and targets selectively the neurons that need to be protected.

An angiotensin II- and NF-kappaB-dependent mechanism increases connexin 43 in murine arteries targeted by renin-dependent hypertension.

AIMS: Connexins (Cxs) play a role in the contractility of the aorta wall. We investigated how connexins of the endothelial cells (ECs; Cx37, Cx40) and smooth muscle cells (SMCs; Cx43, Cx45) of the aorta change during renin-dependent and -independent hypertension. METHODS AND RESULTS: We subjected both wild-type (WT) mice and mice lacking Cx40 (Cx40(-/-)), to either a two-kidney, one-clip procedure or to N-nitro-l-arginine-methyl-ester treatment, which induce renin-dependent and -independent hypertension, respectively. All hypertensive mice featured a thickened aortic wall, increased levels of Cx37 and Cx45 in SMC, and of Cx40 in EC (except in Cx40(-/-) mice). Cx43 was up-regulated, with no effect on its S368 phosphorylation, only in the SMCs of renin-dependent models of hypertension. Blockade of the renin-angiotensin system of Cx40(-/-) mice normalized blood pressure and prevented both aortic thickening and Cx alterations. Ex vivo exposure of WT aortas, carotids, and mesenteric arteries to physiologically relevant levels of angiotensin II (AngII) increased the levels of Cx43, but not of other Cx. In the aortic SMC line of A7r5 cells, AngII activated kinase-dependent pathways and induced binding of the nuclear factor-kappa B (NF-kappaB) to the Cx43 gene promoter, increasing Cx43 expression. CONCLUSION: In both large and small arteries, hypertension differently regulates Cx expression in SMC and EC layers. Cx43 is selectively increased in renin-dependent hypertension via an AngII activation of the extracellular signal-regulated kinase and NF-kappaB pathways.

Peroxisome proliferator activated receptor BETA/DELTA as a central player in the skin response to ultra-violets radiation

Previous studies in the lab of Dr. Liliane Michalik, have shown thai the nuclear hormone receptor Peroxisome Proliferator Activated Receptor beta/delta (PPARß/ö) is an important regulator of skin homeostasis, being involved in the regulation of keratinocyte differentiation, inflammation, apoptosis, arid mouse skin wound healing. Studies of PPARß/ö knock out mice have suggested a possible role for this receptor in cancer. However, contradictory observations of the role for PPARß/ö on tumor growth have been published, depending on cellular contexts and biological models. Given the controversial role of PPARß/ö in skin carcinoma development, the main aim of this PhD work has been to further explore the implication of PPARß/ö in skin response to UV and skin tumor growth. This PhD dissertation is divided in four chapters. The first chapter describes the core part of the project, where I explored the changes in miRNA expression in the skin upon chronic UV irradiation of PPARß/ö wild type and knock-out mice. This analysis shed light on a miRNA- PPARß/ö signature and also predicted thai miR-21-3p (previously named miR-21*) is a key regulator of the PPARß/ö-dependent UV response in the pre-lesiona! skin. Using mice acutely UV-irradiated, ! further demonstrated that miR-21-3p is indirectly regulated by PPARß/ö through activation of Transforming Growth Factor (TGFß)-1 under UV exposure. I also show that miR-21-3p is deregulated in human cutaneous squamous celi carcinoma. In cultured keratinocytes, application of a miR-21 -3p mimic oligonucleotide sequence leads to the regulation of lipid metabolism-related pathway. In the second chapter, I demonstrate that the usage of an mRNA/miRNA combined bioinformatics analysis leads to the discovery of important pathways involved in the PPARß/ö-miRNA response of the skin to chronic UV irradiation, indeed, I validated angiogenesis and lipid metabolism as important functions regulated by PPARß/ö in this context. In the third chapter, we demonstrate that PPARß/5 knockout mice have decreased cutaneous squamous cell carcinomas incidence compared to wild type mice and that PPARß/5 directly activates the cSrc kinase gene. In the last chapter, we review novel insights into PPAR functions in keratinocytes and liver, with emphasis on PPARß/ö but also on PPARa. In summary, this PhD study shows that i) PPARß/5 is able to regulate biological function through regulation of miRNAs, and specifically through miR-21-3p, the passenger miRNA of the oncomiR miR-21, and that ii) the PPARß/5-dependent skin response to UV involves the regulation of angiogenesis and lipid metabolism. Furthermore, the bioinformatics study highlights the relevance of performing integrated mRNA and miRNA genome-wide studies in order to better screen mRNAs and/or miRNAs of interest in the biological context of diseases. - Des études préalables dans le laboratoire du Dr. Liliane Michalik ont démontré que le récepteur nucléaire PPARß/5 est un régulateur important de l'homéostasie de la peau, étant impliqué dans la régulation de la différenciation des keratinocytes, dans l'inflammation, dans l'apoptose et dans la cicatrisation de la peau chez !a souris. L'étude de souris knock-out pour le gène PPARß/5, ont suggérées un rôle possible de ce récepteur dans le cancer. Cependant, des observations opposées ont été publiées suggérant un rôle pro- ou anti- cancer selon le tissue impliqué et le type- cellulaire. En considérant cette controverse autour du rôle de PPARß/5 dans le développement des cancers de la peau, le but principal de mon projet de recherche aura été d'approfondir l'exploration du rôle de PPARß/5 dans la réponse de la peau aux UVs et dans le développement du cancer. Cette dissertation de thèse est divisée en quatre parties. Une première partie, représentant le coeur de mon travail de recherche, décrit la découverte de l'implication des microRNAs (rniRNAs) dans la réponse aux UVs de PPARß/ö et plus spécifiquement l'implication du miRNA miR- 21 -3p (précédemment nommé miR-21*). En étudiant un modèle de souris irradiées de manière aigüe aux UVs, nous montrons que ia régulation de miR-21-3p est PPARß/ö-däpenaante et que cette régulation à lieu par l'intermédiaire du facteur de transcription TGFß-1. Dans des cultures de keratinocytes Humains, la transfecticn d'une séquence oligonucléotidique similaire à celle de miR-21-3p (mimic), montre l'implication de rniR-21-3p dans des fonctions importantes pour le développement des cancers telles que le métabolisme des lipides. Dans un second chapitre, nous montrons que l'usage d'une méthode bioinformatique combinant l'expression des ARN messagers et des miRNAs permet de mettre en évidence des fonctions biologiques importantes lors de ia réponse de PPARß/ö à l'irradiation chronique. L'angiogenèse, le stress oxydatif et le métabolisme des lipides font partie de ces fonctions régulées par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UVs. Nous mettons également en évidence la régulation du gène LpcatS par PPARß/5 dans la peau irradiée aux UV ainsi que dans des keratinocytes humains suggérant un rôle pour PPARß/5 dans le remodelage des lipides membranaires. Dans une troisième partie, nous établissons un lien entre la régulation de l'oncogène Src et l'activation de PPARß/5 dans les carcinomes spinocellulaires de la peau. Finalement dans un quatrième chapitre, nous faisons une revue des dernières recherches portées sur le rôle de PPARß/5 et de PPARa dans le foie et ia peau. En résumé ce projet de thèse représente un avancement pour la recherche sur rimplication de PPARß/5 dans la réponse aux UVs de la peau. Pour la première fois, un lien est établi entre ce facteur de transcription et la régulation de microRNAs dans le cadre du carcinome spinocellulare. Jusqu'alors resté dans l'ombre de rniR-21-5p, miR-21-3p est en fait fortement augmenté à la fois dans un modèle de souris d'irradiation aux UVs ainsi que dans ie carcinome spinocellulare chez i'humain. De nouvelles fonctions biologiques pour PPARß/5 ont été également mises en évidence dans ce travail, comme la régulation de l'angiogenèse ou du métabolisme des lipides dans Sa peau. De plus cette dissertation valorise l'intérêt d'une association entre le travail de laboratoire et celui de la bioinformatique.

Correlation of photodynamic activity and fluorescence signaling for free and pegylated mTHPC in mesothelioma xenografts

Rapport de synthèse : Introduction : Les premières applications cliniques de la thérapie photodynamique (PDT) remontent à plus d'une vingtaine d'années. Basée sur l'activation d'un médicament photosensibilisateur par une source lumineuse à une longueur d'onde spécifique, la PDT permet la destruction sélective de tissus contenant le produit actif. Ce procédé a été expérimenté dans le traitement de cancers en raison de la propriété du médicament à se concentrer dans les tumeurs tout en épargnant les structures normales contigües. Cependant, les photosensibilisateurs utilisés jusqu'à ce jour n'ont pas démontré une accumulation exclusive dans les tissus néoplasiques mais également dans les structures saines avoisinantes induisant une destruction tissulaire non sélective. Notamment, d'importantes complications ont été rapportées suite à l'utilisation de la PDT dans la cavité thoracique après la résection de mésothéliomes pleuraux, et ce malgré l'arrivée de photosensibilisateurs de secondes générations. De ce fait, plusieurs études expérimentales ont été menées afin d'améliorer la sélectivité tumorale du médicament en modulant différentes conditions de traitement et en modifiant la structure du photosensibilisateur par pégylation. Le but de cette étude expérimentale est de corréler l'activité photodynamique, la phototoxicité et la distribution du m-tetrahydroxyphenylchlorin (mTHPC) et de sa forme pégylée, le PEG-mTHPC. De ce fait, un modèle de souris nues porteur de xenogreffes de mésothéliome humain a été utilisé pour étudier les deux photosensibilisateurs. De récents travaux avec ce modèle ont montré que la mesure de la concentration tissulaire du mTHPC et de sa forme pégylée par HPLC restait limitée afin de prédire l'activité photodynamique. De ce fait, nous pensons que les mesures de fluorescence peuvent être plus appropriée. Le signalement fluorescent est mesuré dans le tissu tumoral et dans une région contrôle de la peau afin d'étudier la distribution et l'intensité des deux sensibilisateurs. Méthode : Des souris nues (cd1nu/nu mice) de 8 semaines ont été transplantées avec des fragments de mésothéliome malin humain (H-meso-1). Ces derniers ont été obtenus à partir d'une suspension cellulaire. Au moins trois passages ont été faits dans les animaux, avant que le traitement soit initié. Deux groupes de 6 souris chacun ont été utilisés pour l'injection intraveineuse par la queue du mTHPC à 0.15 mg/kg et du PEG-mTHPC à dose équimolaire. Après trois jour, la tumeur ainsi qu'une région contrôle de la cuisse ont été illuminées sur une surface d'un diamètre de 1.2 cm et pendant 133 secondes avec un laser à une longueur d'onde à 652 nm (fluence 20 J/cm2, fluence rate 150 mW/cm2). Les animaux ont été ensuite sacrifiés 72 heures après l'illumination. L'étendue de la nécrose tumorale et de la région contrôle ont été déterminées en aveugle par histomorphometrie par un pathologue (HJA). La fluorescence microscopique a été évaluée dans 12 souris à une concentration de 0.15 et 0.5 mg/kg pour le mTHPC, et à doses équimolaires pour le PEG-mTHPC. Trois animaux ont été injectés avec le mTHPC à 0.15 mg/kg, 3 autres à dose équimolaire avec la forme pégylée et 6 souris avec le mTHPC à 0.5 mg/kg et à dose équimolaire. Les animaux ont été sacrifiés 72 heures après injection. L'intensité fluorescente des sensibilisateurs a été mesurée dans la tumeur et la région contrôle. Suite à cela, les coupes ont été fixées par H&E et superposées aux images fluorescentes, afin de localiser la distribution des deux photosensibilisateurs dans les différents compartiments tissulaires. Six souris transplantées n'ayant ni été injectées avec les sensibilisateurs ou illuminées ont servi de groupe contrôle. Résultats : Trois jours après l'illumination, la PDT provoque une nécrose tumorale de 10 ±5.4 mm2 pour le mTHPC à 0.15mg/kg et 5.2 ± 4.6 mm2 pour sa forme pégylée à dose équimolaire. Cependant, la nécrose tumorale induite par les deux formulations du sensibilisateur est significativement plus élevée que dans le groupe contrôle (0.33 ± 0.58 mm2) (P=0.02). Toutefois, le mTHPC pégylé provoque une photosensibilité cutanée moins importante que la forme non-pegylée. Dans les deux groupes, aucune nécrose n'a été observée dans la cuisse des animaux. Trois jours après l'injection du mTHPC et de la forme pégylée à 0.15 mg/kg, aucune activité fluorescente n'a été détectée. Cependant, à 0.5 mg/kg, la fluorescence microscopique révèle une distribution hétérogène des deux photo-sensibilisateurs dans le tissu tumoral avec une accumulation prédominante dans les régions peri-vasculaires. Les deux médicaments montrent une distribution intracellulaire homogène dans le cytoplasme et une absence de signalement dans le nucleus. La mesure de l'intensité fluorescente du mTHPC à 0.5mg/kg ne montre pas de différence significative entre le tissu tumoral et la région contrôle. Par contre, le PEG-mTHPC montre une intensité fluorescente supérieure dans le tissu tumoral que dans la peau (ratio tumeur- peau 0.94 pour le mTHPC et 1.73 pour le PEG-mTHPC). Conclusion : L'utilisation du mTHPC à 0.15mg/kg induit une nécrose tumorale similaire à celle du PEG-mTHPC à dose équimolaire. Cependant, ce dernier démontre une photo-toxicité plus atténuée de la peau. La fluorescence microscopique permet de localiser les deux sensibilisateurs dans les différents compartiments tissulaires à partir d'une dose de 0.5 mg/kg. Le PEG-mTHPC induit un signalement fluorescent supérieur dans le tissu tumoral par rapport à la peau. La mesure du signalement fluorescent a le potentiel de prédire l'activité photodynamique du mTHPC et de sa forme pégylée dans les xénogreffes de mésothéliome humain dans un modèle de souris nue.