Therapeutic Blockade of LIGHT Interaction With Herpesvirus Entry Mediator and Lymphotoxin β Receptor Attenuates In Vivo Cytotoxic Allogeneic Responses.

BACKGROUND: Tumor necrosis factor/tumor necrosis factor receptor superfamily members conform a group of molecular interaction pathways of essential relevance during the process of T-cell activation and differentiation toward effector cells and particularly for the maintenance phase of the immune response. Specific blockade of these interacting pathways, such as CD40-CD40L, contributes to modulate the deleterious outcome of allogeneic immune responses. We postulated that antagonizing the interaction of LIGHT expression on activated T cells with its receptors, herpesvirus entry mediator and lymphotoxin β receptor, may decrease T cell-mediated allogeneic responses. METHODS: A flow cytometry competition assay was designed to identify anti-LIGHT monoclonal antibodies capable to prevent the interaction of mouse LIGHT with its receptors expressed on transfected cells. An antibody with the desired specificity was evaluated in a short-term in vivo allogeneic cytotoxic assay and tested for its ability to detect endogenous mouse LIGHT. RESULTS: We provide evidence for the first time that in mice, as previously described in humans, LIGHT protein is rapidly and transiently expressed after T-cell activation, and this expression was stronger on CD8 T cells than on CD4 T cells. Two anti-LIGHT antibodies prevented interactions of mouse LIGHT with its two known receptors, herpesvirus entry mediator and lymphotoxin β receptor. In vivo administration of anti-LIGHT antibody (clone 10F12) ameliorated host antidonor short-term cytotoxic response in wild type B6 mice, although to a lesser extent than that observed in LIGHT-deficient mice. CONCLUSION: The therapeutic targeting of LIGHT may contribute to achieve a better control of cytotoxic responses refractory to current immunosuppressive drugs in transplantation.

A rice cis-natural antisense RNA acts as a translational enhancer for its cognate mRNA and contributes to phosphate homeostasis and plant fitness.

cis-natural antisense transcripts (cis-NATs) are widespread in plants and are often associated with downregulation of their associated sense genes. We found that a cis-NAT positively regulates the level of a protein critical for phosphate homeostasis in rice (Oryza sativa). PHOSPHATE1;2 (PHO1;2), a gene involved in phosphate loading into the xylem in rice, and its associated cis-NATPHO1;2 are both controlled by promoters active in the vascular cylinder of roots and leaves. While the PHO1;2 promoter is unresponsive to the plant phosphate status, the cis-NATPHO1;2 promoter is strongly upregulated under phosphate deficiency. Expression of both cis-NATPHO1;2 and the PHO1;2 protein increased in phosphate-deficient plants, while the PHO1;2 mRNA level remained stable. Downregulation of cis-NATPHO1;2 expression by RNA interference resulted in a decrease in PHO1;2 protein, impaired the transfer of phosphate from root to shoot, and decreased seed yield. Constitutive overexpression of NATPHO1;2 in trans led to a strong increase of PHO1;2, even under phosphate-sufficient conditions. Under all conditions, no changes occurred in the level of expression, sequence, or nuclear export of PHO1;2 mRNA. However, expression of cis-NATPHO1;2 was associated with a shift of both PHO1;2 and cis-NATPHO1;2 toward the polysomes. These findings reveal an unexpected role for cis-NATPHO1;2 in promoting PHO1;2 translation and affecting phosphate homeostasis and plant fitness.

Historical review: Negative efficacy and the constitutive activity of G-protein-coupled receptors.

The idea that a receptor can produce signalling without agonist intervention and that several antagonists can be 'active' in repressing such spontaneous activity is contained in the concept of ligand-induced conformational changes. Yet, this idea was neglected by pharmacologists for many years. In this article, we review the events that brought inverse agonism and constitutive activity to general attention and made this phenomenon a topic of current research. We also suggest a classification of antagonists based on the cooperativity that links their primary site of interaction with other functional domains of the receptor.

Improved Innate and Adaptive Immunostimulation by Genetically Modified HIV-1 Protein Expressing NYVAC Vectors.

Attenuated poxviruses are safe and capable of expressing foreign antigens. Poxviruses are applied in veterinary vaccination and explored as candidate vaccines for humans. However, poxviruses express multiple genes encoding proteins that interfere with components of the innate and adaptive immune response. This manuscript describes two strategies aimed to improve the immunogenicity of the highly attenuated, host-range restricted poxvirus NYVAC: deletion of the viral gene encoding type-I interferon-binding protein and development of attenuated replication-competent NYVAC. We evaluated these newly generated NYVAC mutants, encoding HIV-1 env, gag, pol and nef, for their ability to stimulate HIV-specific CD8 T-cell responses in vitro from blood mononuclear cells of HIV-infected subjects. The new vectors were evaluated and compared to the parental NYVAC vector in dendritic cells (DCs), RNA expression arrays, HIV gag expression and cross-presentation assays in vitro. Deletion of type-I interferon-binding protein enhanced expression of interferon and interferon-induced genes in DCs, and increased maturation of infected DCs. Restoration of replication competence induced activation of pathways involving antigen processing and presentation. Also, replication-competent NYVAC showed increased Gag expression in infected cells, permitting enhanced cross-presentation to HIV-specific CD8 T cells and proliferation of HIV-specific memory CD8 T-cells in vitro. The recombinant NYVAC combining both modifications induced interferon-induced genes and genes involved in antigen processing and presentation, as well as increased Gag expression. This combined replication-competent NYVAC is a promising candidate for the next generation of HIV vaccines.

Human topoisomerase II-DNA interaction study by using atomic force microscopy.

Type II topoisomerases (Topo II) are unique enzymes that change the DNA topology by catalyzing the passage of two double-strands across each other by using the energy from ATP hydrolysis. In vitro, human Topo II relaxes positive supercoiled DNA around 10-fold faster than negative supercoiled DNA. By using atomic force microscopy (AFM) we found that human Topo II binds preferentially to DNA cross-overs. Around 50% of the DNA crossings, where Topo II was bound to, presented an angle in the range of 80-90°, suggesting a favored binding geometry in the chiral discrimination by Topo II. Our studies with AFM also helped us visualize the dynamics of the unknotting action of Topo II in knotted molecules.

Reciprocal regulation of brain and muscle Arnt-like protein 1 and peroxisome proliferator-activated receptor alpha defines a novel positive feedback loop in the rodent liver circadian clock.

Recent evidence has emerged that peroxisome proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha), which is largely involved in lipid metabolism, can play an important role in connecting circadian biology and metabolism. In the present study, we investigated the mechanisms by which PPARalpha influences the pacemakers acting in the central clock located in the suprachiasmatic nucleus and in the peripheral oscillator of the liver. We demonstrate that PPARalpha plays a specific role in the peripheral circadian control because it is required to maintain the circadian rhythm of the master clock gene brain and muscle Arnt-like protein 1 (bmal1) in vivo. This regulation occurs via a direct binding of PPARalpha on a potential PPARalpha response element located in the bmal1 promoter. Reversely, BMAL1 is an upstream regulator of PPARalpha gene expression. We further demonstrate that fenofibrate induces circadian rhythm of clock gene expression in cell culture and up-regulates hepatic bmal1 in vivo. Together, these results provide evidence for an additional regulatory feedback loop involving BMAL1 and PPARalpha in peripheral clocks.

Hepatitis C virus nonstructural protein 4B: a journey into unexplored territory.

Hepatitis C virus (HCV) is a positive-strand RNA virus that replicates its genome in a membrane-associated replication complex. Nonstructural protein 4B (NS4B) induces the specific membrane alteration, designated as membranous web (MW), that harbours this complex. HCV NS4B is an integral membrane protein predicted to comprise four transmembrane segments in its central part. The N-terminal part comprises two amphipathic alpha-helices of which the second has the potential to traverse the membrane bilayer, likely upon oligomerisation. The C-terminal part comprises a predicted highly conserved alpha-helix, a membrane-associated amphipathic alpha-helix and two reported palmitoylation sites. NS4B interacts with other viral nonstructural proteins and has been reported to bind viral RNA. In addition, it was found to harbour an NTPase activity. Finally, NS4B has recently been found to have a role in viral assembly. Much work needs to be done with respect to further dissecting these multiple functions as well as providing a refined membrane topology and complete structure of NS4B. Progress in this direction should yield important insights into the functional architecture of the HCV replication complex and may reveal new opportunities for antiviral intervention against a leading cause of chronic hepatitis, liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma worldwide.

Adiponectin and C-reactive protein are positively associated with microalbuminuria in an adult Caucasian population

Objective: Microalbuminuria (MAU) is a marker of early kidney injury and cardiovascular risk. We assessed the association of MAU with plasma adiponectin, leptin and hsCRP, as inflammatory markers, accounting for hypertension, diabetes and obesity. Design and methods: Population based, cross-sectional study in Caucasian subjects aged 35 to 75 years in Lausanne, Switzerland. MAU, measured on spot morning urine, was used either as a continuous (MAU) or dichotomized variable (MA defined as MAU >2.5 and >3.5 mg/mmol creatinine in men and women, respectively). Results: The 2955 women (age 53.3 ± 10.7, mean ± SD years) had mean body mass index (BMI) 24.9 ± 4.5 kg/m. The 2479 men (age 53.1 ± 10.8 years) had mean BMI 27.0 ± 3.9 kg/m². Median hsCRP was 1.3 and 1.3 mg/L, median adiponectin 6.2 and 10.6 mg/mL in men and women, respectively. MA prevalence was 4.9% in women and 9.8% in men. In multivariate regression analysis adjusting for potential confounders (age, sex, hypertension, diabetes, eGFR, BMI, percent fat mass, insulin and smoking), log-transformed MAU was positively associated with hsCRP (P <0.001) and adiponectin (P = 0.002), but not with leptin. The association of adiponectin with MAU was stronger in subjects with low hsCRP, and vice versa (P interaction <0.001). Conclusion: Adiponectin and hsCRP are significant positive determinants of MAU, independently of diabetes, hypertension and fat mass. A negative interaction between hsCRP and adiponectin was found for their effect on MAU. Whether hyperadiponectinemia represents an adequate protective response to vascular stress or has negative causal impact on the development of MAU should be assessed in further studies.

Regulation of the intracellular distribution, cell surface expression, and protein levels of AMPA receptor GluR2 subunits by the monocarboxylate transporter MCT2 in neuronal cells.

The neuronal monocarboxylate transporter, MCT2, is not only an energy substrate carrier but it is also purported to be a binding partner for the alpha-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA) receptor GluR2 subunit. To unravel a putative role of MCT2 in the regulation of GluR2 subcellular distribution, Neuro2A cells and primary cultures of mouse cortical neurons were co-transfected with plasmids containing sequences to express the fluorescent proteins mStrawberry (mStb)-fused MCT2 and Venus-fused GluR2. Subsequently, their subcellular distribution was visualized by fluorescence microscopy. GluR2 was led to form perinuclear and dendritic clusters together with MCT2 when co-transfected in Neuro2A cells or in neurons, following the original distribution of MCT2. MCT2 co-transfection had no effect on the intracellular distribution of several other post-synaptic proteins, although it partially affected the intracellular distribution of GluR1 similarly to GluR2. Both cell surface and total protein expression levels of GluR2 were significantly reduced by co-expression with MCT2. Finally, partial perinuclear and dendritic co-localization between MCT2 and Rab8, a member of the small GTPase family involved in membrane trafficking of AMPA receptors, was also observed in co-transfected neurons. These results suggest that MCT2 could influence AMPA receptor trafficking within neurons by modulating GluR2 sorting between different subcellular compartments.

Role of the host cell's unfolded protein response in arenavirus infection.

Arenaviruses are enveloped RNA viruses with a nonlytic life cycle that cause acute and persistent infections. Here, we investigated the role of the host cell's unfolded protein response (UPR) in infection of the prototypic arenavirus lymphocytic choriomeningitis virus (LCMV). In mammalian cells, the endoplasmic reticulum (ER) chaperone protein GRP78/BiP functions as the principal sensor for the induction of the UPR and interacts with three mediators: kinase/endonuclease inositol-requiring protein 1 (IRE1), PKR-like ER kinase (PERK), and activating transcription factor 6 (ATF6). Acute infection with LCMV resulted in a selective induction of the ATF6-regulated branch of the UPR, whereas pathways controlled by PERK and IRE1 were neither activated nor blocked. Expression of individual LCMV proteins revealed that the viral glycoprotein precursor (GPC), but not that of other viral proteins, was responsible for the induction of ATF6. Rapid downregulation of the viral GPC during transition from acute to persistent LCMV infection restored basal levels of UPR signaling. To address a possible role of ATF6 signaling in LCMV infection, we used cells deficient in site 2 protease (S2P), a metalloprotease required for the activation of ATF6. Cells deficient in S2P showed significantly lower levels of production of infectious virus during acute but not persistent infection, indicating a requirement for ATF6-mediated signaling for optimal virus multiplication. In summary, acute LCMV infection seems to selectively induce the ATF6-regulated branch of the UPR that is likely beneficial for virus replication and cell viability, but it avoids induction of PERK and IRE1, whose activation may be detrimental for virus and the host cell.

A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart.

Aims It is well established that dysfunction of voltage-dependent ion channels results in arrhythmias and conduction disturbances in the foetal and adult heart. However, the involvement of voltage-insensitive cationic TRPC (transient receptor potential canonical) channels remains unclear. We assessed the hypothesis that TRPC channels play a crucial role in the spontaneous activity of the developing heart.Methods and results TRPC isoforms were investigated in isolated hearts obtained from 4-day-old chick embryos. Using RT-PCR, western blotting and co-immunoprecipitation, we report for the first time that TRPC1, 3, 4, 5, 6, and 7 isoforms are expressed at the mRNA and protein levels and that they can form a macromolecular complex with the alpha 1C subunit of the L-type voltage-gated calcium channel (Cav1.2) in atria and ventricle. Using ex vivo electrocardiograms, electrograms of isolated atria and ventricle and ventricular mechanograms, we found that inhibition of TRPC channels by SKF-96365 leads to negative chrono-, dromo-, and inotropic effects, prolongs the QT interval, and provokes first-and second-degree atrioventricular blocks. Pyr3, a specific antagonist of TRPC3, affected essentially atrioventricular conduction. On the other hand, specific blockade of the L-type calcium channel with nifedipine rapidly stopped ventricular contractile activity without affecting rhythmic electrical activity.Conclusions These results give new insights into the key role that TRPC channels, via interaction with the Cav1.2 channel, play in regulation of cardiac pacemaking, conduction, ventricular activity, and contractility during cardiogenesis.

Molecular basis of interaction between Na,K-ATPase and FXYD proteins.

Résumé au large public Notre corps est constitué de différents types de cellules. La condition minimale ou primordiale pour la survie des cellules est d'avoir de l'énergie. Cette tâche est assumée en partie par une protéine qui se situe dans la membrane de chaque cellule. Nommé Na, K¬ATPase ou pompe à sodium, c'est une protéine pressente dans toutes les cellules chez les mammifères est composée de deux sous-unités, α et β. En transportant 3 ions de sodium hors de la cellule et 2 ions de potassium à l'intérieur de la cellule, elle transforme l'énergie chimique sous forme de l'ATP en énergie motrice, qui permet aux cellules par la suite d'échanger des matériaux entre l'espace intracellulaire et extracellulaire ainsi que d'ingérer des nutriments provenant de son environnement. Le manque de cette protéine chez la souris entraîne la mort de l'embryon. Des défauts fonctionnels de cette protéine sont responsables de plusieurs maladies humaines comme par exemple, un type de migraine. En dehors de sa fonction vitale, cette protéine est également engagée dans diverses activités physiologiques comme la contractilité musculaire, l'activité nerveuse et la régulation du volume sanguin. Vue l'importance de cette protéine, sa découverte par Jens C. Skou en 1957 a été honorée d'un Prix Noble de chimie quarante ans plus tard. Depuis lors, nous connaissons de mieux en mieux les mécanismes de fonctionnement de la Na, K-ATPase. Entre autre, sa régulation par une famille de protéines appelées protéines FXYD. Cette famille contient 7 membres (FXYD 1-7). L'un d'entre eux nommé FXYD 2 est lié à une maladie héréditaire connue sous le nom de hypomagnesemia. Nous disposons actuellement d'informations concernant les conséquences de la régulation par les protéines FXYD sur activité de la Na, K-ATPase, mais nous savons très peu sur le mode d'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans ce travail de thèse, nous avons réussi à localiser des zones d'interaction dans la sous- unité a de la Na, K-ATPase et dans FXYD 7. En même temps, nous avons déterminé un 3ème site de liaison spécifique au sodium de la Na, K-ATPase. Une partie de ce site se situe à l'intérieur d'un domaine protéique qui interagit avec les protéines FXYD. De plus, ce site a été démontré comme responsable d'un mécanisme de transport de la Na, K-ATPase caractérisé par un influx ionique. En conclusion, les résultats de ce travail de thèse fournissent de nouvelles preuves sur les régions d'interaction entre la Na, K-ATPase et les protéines FXYD. La détermination d'un 3ème site spécifique au sodium et sa relation avec un influx ionique offrent la possibilité 1) d'explorer les mécanismes avec lesquels les protéines FXYD régulent l'activité de la Na, ATPase et 2) de localiser un site à sodium qui est essentielle pour mieux comprendre l'organisation et le fonctionnement de la Na, K-ATPase. Résumé Les gradients de concentration de Na+ et de K+ à travers la membrane plasmatique des cellules animales sont cruciaux pour la survie et l'homéostasie de cellules. De plus, des fonctions cellulaires spécifiques telles que la reabsorption de Na dans le rein et le côlon, la contraction musculaire et l'excitabilité nerveuse dépendent de ces gradients. La Na, K¬ATPase ou pompe à sodium est une protéine membranaire ubiquitaire. Elle crée et maintient ces gradients en utilisant l'énergie obtenu par l'hydrolyse de l'adénosine triphosphate. L'unité fonctionnelle minimale de cette protéine se compose d'une sous-unité catalytique α et d'une sous-unité régulatrice β. Récemment, il a été montré que des membres de la famille FXYD, sont des régulateurs tissu-spécifiques de la Na, K-ATPase qui influencent ses propriétés de transport. Cependant, on connaît peu de chose au sujet de la nature moléculaire de l'interaction entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. Dans cette étude, nous fournissons, pour la première fois, l'évidence directe que des résidus du domaine transmembranaire (TM) 9 de la sous-unité α de la Na, K-ATPase sont impliqués dans l'interaction fonctionnelle et structurale avec les protéines FXYD. De plus nous avons identifié des régions dans le domaine transmembranaire de FXYD 7 qui sont importantes pour l'association stable avec la Na, K-ATPase et une série de résidus responsables des régulations fonctionnelles. Nous avons aussi montré les contributions fonctionnelles du TM 9 de la Na, K-ATPase à la translocation de Na + en déterminant un 3ème site spécifique au Na+. Ce site se situe probablement dans un espace entre TM 9, TM 6 et TM 5 de la sous-unité α de la pompe à sodium. De plus, nous avons constaté que le 3ème site de Na + est fonctionnellement lié à un courant entrant de la pompe sensible à l'ouabaïne et activé par le pH acide. En conclusion, ce travail donne de nouvelles perspectives de l'interaction structurale et fonctionnelle entre les protéines FXYD et la Na, K-ATPase. En outre, les contributions fonctionnelles de TM 9 offrent de nouvelles possibilités pour explorer le mécanisme par lequel les protéines FXYD régulent les propriétés fonctionnelles de la Na, K-ATPase. La détermination du 3ème site au Na + fournit une compréhension avancée du site spécifique au Na + de la Na, K-ATPase et du mécanisme de transport de la Na, K-ATPase. Summary The Na+ and K+ gradients across the plasma membrane of animal cells are crucial for cell survival and homeostasis. Moreover, specific tissue functions such as Na+ reabsorption in kidney and colon, muscle contraction and nerve excitability depend on the maintenance of these gradients. Na, K-ATPase or sodium pump, an ubiquitous membrane protein, creates and maintains these gradients by using the energy from the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit of this protein is composed of a catalytic α subunit and a regulatory β subunit. Recently, members of the FXYD family, have been reported to be tissue-specific regulators of Na, K-ATPase by influencing its transport properties. However, little is known about the molecular nature of the interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. In this study, we provide, for the first time, direct evidence that residues from the transmembrane (TM) domain 9 of the α subunit of Na, K-ATPase are implicated in the functional and structural interaction with FXYD proteins. Moreover, we have identified regions in the TM domain of FXYD 7 important for the stable association with Na, K-ATPase and a stretch of residues responsible for the functional regulations. We have further revealed the functional contributions of TM 9 of the Na, K-ATPase α subunit to the Na+ translocation by determining a 3rd Na+-specific cation binding site. This site is likely in a space between TM 9, TM 6 and TM 5 of the a subunit of the sodium pump. Moreover, we have found that the 3rd Na+ binding site is functionally linked to an acidic pH- activated ouabain-sensitive inward pump current. In conclusion, this work gives new insights into the structural and functional interaction between FXYD proteins and Na, K-ATPase. Functional contributions of TM 9 offer new possibilities to explore the mechanism by which FXYD proteins regulate functional properties of Na, K-ATPase. The determination of the 3rd Na+ binding site provides an advanced understanding concerning the Na+ -specific binding site of Na, K-ATPase and the 3rd Na+ site related transport mechanism.

Regulation of the cardiac voltage-gated sodium channel Nav1.5 : regulation of Nav1.5 by ubiquitin-protein ligases of the Nedd4/Nedd4-like family and characterisation of two novel mutations in the gene encoding Nav1.5 (SCN5A) implicated in the Brugada syndrome triggered by fever

Abstract: The genesis of the cardiac action potential, which accounts for the cardiac contraction, is due to the sodium current INa mediated by the voltage-gated sodium channel Nav1.5. Several cardiac arrhythmias such as the Brugada syndrome are known te be caused by mutations in SCN5A, the gene encoding Nav1.5. Studies of these mutations allowed a better understanding of biophysical and functional properties of Nav1.5. However, only few investigations have been performed in order to understand the regulation of Nav1.5. During my thesis, I investigated different mechanisms of regulation of Nav1.5 using a heterologous expression system, HEK293 cells, coupled with a technique of sodium current recording: the patch clamp in whole cell configuration. In previous studies it has been shown that an enzyme of the Nedd4 family (Nedd4-2) regulates an epithelial sodium channel via the interaction with PY-motifs present in the latter. Interestingly, Nav1.5 contains a similar PY-motif, which motivated us to study the role of Nedd4-2 expressed in heart for the regulation of Nav1.5. In a second study, we investigated the implication of two Nav1.5 mutants, which were either less functional or net functional (Nav1.5 R535X and Nav1.5 L325R respectively) implied in the genesis of the Brugada syndrome by fever. Our results established two mechanisms implied in Nav1.5 regulation. The first one implies that following the interaction between the PY-motif of Nav1.5 and Nedd4- 2 Nav1.5 is ubiquitinated by Nedd4-2. This ubiquitination leads to the internalization of Nav1 .5. The second mechanism is a phenomenon called the "dominant negative" effect of Nav1.5 L325R on Nay1.5 where the decrease of 'Na is potentially due to the retention of Nav1.5 by Nav1.5 L325R in an undefined intracellular compartment. These studies defined two mechanisms of Nav1.5 regulation, which could play an important role for the genesis of cardiac arrhythmias where molecular processes are still poorly understood. Résumé La genèse du potentiel d'action cardiaque, permettant la contraction cardiaque, est due au courant sodique INa issu des canaux sodiques cardiaques dépendants du voltage Nav1.5. Nombreuses arythmies cardiaques telles que le syndrome de Brugada sont connues pour être liées à des mutations du gène SCN5A, codant pour Nav1.5. L'étude de ces mutations a permis une meilleure compréhension des propriétés structurelles et fonctionnelles de Nav1.5 et leurs implications dans la genèse de ces pathologies. Néanmoins peu d'études ont été menées afin de comprendre les mécanismes de régulation de Nav1.5. Mon travail de thèse a consisté à étudier des mécanismes de régulation de Nav1.5 en utilisant un système d'expression hétérologue, les cellules HEK293, couplé à une technique d'enregistrement des courants sodiques, le "patch clamp" en configuration cellule entière. La présence sur Nav1.5 d'un motif-PY similaire à ceux nécessaires pour la régulation d'un canal épithélial sodique par une enzyme de la famille de Nedd4, nous a amenée à étudier le rôle de ces ubiquitine-ligases, en particulier Nedd4-2, dans la régulation de Nav1.5. La seconde étude s'est intéressée aux conséquences de deux mutations de SCN5A codant pour deux mutants peu ou pas fonctionnels (Nav1.5 L325R et Nav1.5 R535X respectivement) retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par un état fébrile. Nos résultats ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de Nav1.5 L'un par Nedd4-2 qui implique rubiquitination de Nav1.5 par cette ligase suite à l'interaction entre le motif-PY de Nav1.5 et Nedd4-2. Cette modification déclenche l'internalisation du canal impliquée dans la diminution d'INa. Le second mécanisme quant à lui est un effet "dominant négatif" de Nav1.5 L325R sur Nav1.5 aboutissant à une diminution d'INa suite à la séquestration intracellulaire potentielle de Nav1.5 par Nav1.5 L325R. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de Nav1.5 pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des arythmies cardiaques dont les processus moléculaires au sein des cardiomyocytes, impliquant des modifications du courant sodiques, sont encore mal compris. Résumé destiné à un large public La dépolarisation électrique de la membrane des cellules cardiaques permet la contraction du coeur. La génèse de cette activité électrique est due au courant sodique issu d'un type de canal à sodium situé dans la membrane des cellules cardiaques. De nombreuses pathologies provoquant des troubles du rythme cardiaque sont issues de mutations du gène qui code pour ce canal à sodium. Ces canaux mutants, entrainant diverses pathologies cardiaques telles que le syndrome de Brugada, ont été largement étudiées. Néanmoins, peu de travaux ont été réalisés sur les mécanismes de régulation de ce canal à sodium non muté. Mon travail de thèse a consisté à étudier certains des mécanismes de régulation de ce canal à sodium en utilisant une technique permettant l'enregistrement des courants sodiques issus de l'expression de ces canaux à sodium à la membrane de cellules mammifères. La présence sur ce canal à sodium d'une structure spécifique, similaire à celle nécessaire pour la régulation d'un canal épithélial à sodium par une enzyme appelée Nedd4-2, nous a amenée à étudier le rôle de cette enzyme dans la régulation de ce canal à sodium. La seconde étude s'est intéressée aux rôles de deux mutations du gène codant pour ce canal à sodium retrouvées chez des patients présentant un syndrome de Brugada exacerbé par la fièvre. Nos résultats nous ont permis d'établir deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium diminuant le courant sodique l'un par l'action de l'enzyme Nedd4-2, suite à son interaction avec ce canal, qui modifie ce canal à sodium (ubiquitination) diminuant de ce fait la densité membranaire du canal. L'autre par un mécanisme suggérant un effet négatif de l'un des canaux mutants sur l'expression à la membrane du canal à sodium non muté. Ces études ont mis en évidence deux mécanismes de régulation de ce canal à sodium pouvant jouer un rôle majeur dans la genèse et/ou l'accentuation des troubles du rythme cardiaques dont les mécanismes cellulaires sont encore incompris.

Two mechanisms of caspase 9 processing in double-stranded RNA- and virus-triggered apoptosis.

Viral double-stranded RNA (dsRNA) is a ubiquitous intracellular "alert signal" used by cells to detect viral infection and to mount anti-viral responses. DsRNA triggers a rapid (complete within 2-4 h) apoptosis in the highly-susceptible HeLa cell line. Here, we demonstrate that the apical event in this apoptotic cascade is the activation of procaspase 8. Downstream of caspase 8, the apoptotic signaling cascade bifurcates into a mitochondria-independent caspase 8/caspase 3 arm and a mitochondria-dependent, caspase 8/Bid/Bax/Bak/cytochrome c arm. Both arms impinge upon, and activate, procaspase 9 via two different cleavage sites within the procaspase 9 molecule (D330 and D315, respectively). This is the first in vivo demonstration that the "effector" caspase 3 plays an "initiator" role in the regulation of caspase 9. The dsRNA-induced apoptosis is potentiated by the inhibition of protein synthesis, whose role is to accelerate the execution of all apoptosis steps downstream of, and including, the activation of caspase 8. Thus, efficient apoptosis in response to viral dsRNA results from the co-operation of the two major apical caspases (8 and 9) and the dsRNA-activated protein kinase R (PKR)/ribonuclease L (RNase L) system that is essential for the inhibition of protein synthesis in response to viral infection.

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.