Identification de nouveaux partenaires protéiques des récepteurs couplés aux protéines G contrôlant leur transport du reticulum endoplasmique à la membrane plasmique

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) forment la plus grande et la plus diversifiée des familles de protéines localisées à la surface cellulaire et responsables de la transmission de signaux à l’intérieur des cellules. D’intenses recherches effectuées au cours des trente dernières années ont mené à l’identification de dizaines de protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant la signalisation, la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation de ces importantes cibles pharmacologiques. Contrairement aux processus régulant l’activité des récepteurs à partir de la membrane plasmique, les mécanismes moléculaires contrôlant la biosynthèse des RCPGs dans le reticulum endoplasmique (RE) et leur transport jusqu’à la surface cellulaire sont très peu caractérisés. Une meilleure compréhension de ces processus nécessite l’identification de la machinerie protéique responsable de la maturation des RCPGs. Un crible protéomique basé sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), qui permet la mesure d’interactions protéiques dans les cellules vivantes, a mené à l’identification de plusieurs nouvelles protéines localisées dans la voie de sécrétion et interagissant potentiellement avec les RCPGs. Ces protéines étant localisées dans les compartiments cellulaires (reticulum endoplasmique et appareil de Golgi) responsables de la synthèse, du repliement adéquat et du transport à la membrane plasmique des récepteurs, il est très probable qu’elles soient impliquées dans le contrôle de l’expression des RCPGs à la surface cellulaire. La caractérisation de l’homologue humain de cornichon 4 (CNIH4), un nouvel intéracteur des RCPGs identifié dans le crible, a démontré que cette protéine localisée dans les compartiments précoces de la voie de sécrétion (RE et ERGIC) interagit de façon sélective avec les RCPGs. De plus, la suppression de l’expression endogène de cette protéine préalablement non-caractérisée, diminue le transport à la membrane plasmique d’un récepteur, indiquant que CNIH4 influence positivement l’export des RCPGs du RE. Ceci est supporté par l’observation que la surexpression de CNIH4 à de faibles niveaux favorise la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE. Nous avons également pu démontrer que CNIH4 est associée à la protéine Sec23, une des composantes de l’enveloppe des vésicules COPII qui sont responsables du transport des protéines du RE vers le Golgi, suggérant que CNIH4 pourrait favoriser le recrutement des récepteurs dans ces vésicules. La surexpression de CNIH4 à de très hauts niveaux provoque également la rétention intracellulaire des récepteurs. Cet effet dominant négatif pourrait être causé par la titration d’un autre facteur d’export des RCPGs. Une deuxième étude a permis de révéler que la protéine transmembranaire 9 (TMEM9), un nouvel intéracteur des RCPGs également identifié dans le crible, interagit sélectivement avec les récepteurs et avec CNIH4. La surexpression de cette protéine aux fonctions précédemment inconnues, rétablit le transport normal d’un récepteur en présence de CNIH4 surexprimée. De plus, la co-expression de TMEM9 potentialise la capacité de CNIH4 à augmenter la maturation d’un récepteur mutant normalement retenu dans le RE, suggérant que ces deux protéines forment un complexe régulant la maturation des RCPGs. Au cours de cette thèse, de nouvelles protéines interagissant avec les RCPGs et contrôlant leur expression à la membrane plasmique ont donc été identifiées, permettant une meilleure compréhension des mécanismes régulant le transport des récepteurs du RE à la surface cellulaire.

Etude des propriétés dynamiques de la sécrétion régulée des vésicules glutamatergiques des astrocytes

RESUME GRAND PUBLICLe cerveau est composé de différents types cellulaires, dont les neurones et les astrocytes. Faute de moyens pour les observer, les astrocytes sont très longtemps restés dans l'ombre alors que les neurones, bénéficiant des outils ad hoc pour être stimulés et étudiés, ont fait l'objet de toutes les attentions. Le développement de l'imagerie cellulaire et des outils fluorescents ont permis d'observer ces cellules non électriquement excitables et d'obtenir des informations qui laissent penser que ces cellules sont loin d'être passives et participent activement au fonctionnement cérébral. Cette participation au fonctionnement cérébral se fait en partie par le biais de la libération de substances neuro-actives (appellées gliotransmetteurs) que les astrocytes libèrent à proximité des synapses permettant ainsi de moduler le fonctionnement neuronal. Cette libération de gliotransmetteurs est principalement causée par l'activité neuronale que les astrocytes sont capables de sentir. Néanmoins, nous savons encore peu de chose sur les propriétés précises de la libération des gliotransmetteurs. Comprendre les propriétés spatio-temporelles de cette libération est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. En utilisant des outils fluorescents récemment développés et en combinant différentes techniques d'imagerie cellulaire, nous avons pu obtenir des informations très précises sur la libération de ces gliotransmetteurs par les astrocytes. Nous avons ainsi confirmé que cette libération était un processus très rapide et qu'elle était contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit une organisation complexe de la machinerie supportant la libération des gliotransmetteurs. Cette organisation complexe semble être à la base de la libération extrêmement rapide des gliotransmetteurs. Cette rapidité de libération et cette complexité structurelle semblent indiquer que les astrocytes sont des cellules particulièrement adaptées à une communication rapide et qu'elles peuvent, au même titre que les neurones dont elles seraient les partenaires légitimes, participer à la transmission et à l'intégration de l'information cérébrale.RESUMEDe petites vésicules, les « SLMVs » ou « Synaptic Like MicroVesicles », exprimant des transporteurs vésiculaires du glutamate (VGluTs) et libérant du glutamate par exocytose régulée, ont récemment été décrites dans les astrocytes en culture et in situ. Néanmoins, nous savons peu de chose sur les propriétés précises de la sécrétion de ces SLMVs. Contrairement aux neurones, le couplage stimulussécrétion des astrocytes n'est pas basé sur l'ouverture des canaux calciques membranaires mais nécessite l'intervention de seconds messagers et la libération du calcium par le reticulum endoplasmique (RE). Comprendre les propriétés spatio-temporelles de la sécrétion astrocytaire est essentiel pour comprendre le mode de communication de ces cellules et leur implication dans la transmission de l'information cérébrale. Nous avons utilisé des outils fluorescents récemment développés pour étudier le recyclage des vésicules synaptiques glutamatergiques comme les colorants styryles et la pHluorin afin de pouvoir suivre la sécrétion des SLMVs à l'échelle de la cellule mais également à l'échelle des évènements. L'utilisation combinée de l'épifluorescence et de la fluorescence à onde évanescente nous a permis d'obtenir une résolution temporelle et spatiale sans précédent. Ainsi avons-nous confirmé que la sécrétion régulée des astrocytes était un processus très rapide (de l'ordre de quelques centaines de millisecondes). Nous avons découvert que cette sécrétion est contrôlée par des augmentations de calcium locales et rapides. Nous avons également décrit des compartiments cytosoliques délimités par le RE à proximité de la membrane plasmique et contenant les SLMVs. Cette organisation semble être à la base du couplage rapide entre l'activation des GPCRs et la sécrétion. L'existence de compartiments subcellulaires indépendants permettant de contenir les messagers intracellulaires et de limiter leur diffusion semble compenser de manière efficace la nonexcitabilité électrique des astrocytes. Par ailleurs, l'existence des différents pools de vésicules recrutés séquentiellement et fusionnant selon des modalités distinctes ainsi que l'existence de mécanismes permettant le renouvellement de ces pools lors de la stimulation suggèrent que les astrocytes peuvent faire face à une stimulation soutenue de leur sécrétion. Ces données suggèrent que la libération de gliotransmetteurs par exocytose régulée n'est pas seulement une propriété des astrocytes en culture mais bien le résultat d'une forte spécialisation de ces cellules pour la sécrétion. La rapidité de cette sécrétion donne aux astrocytes toutes les compétences pour pouvoir intervenir de manière active dans la transmission et l'intégration de l'information.ABSTRACTRecently, astrocytic synaptic like microvesicles (SLMVs), that express vesicular glutamate transporters (VGluTs) and are able to release glutamate by Ca2+-dependent regulated exocytosis, have been described both in tissue and in cultured astrocytes. Nevertheless, little is known about the specific properties of regulated secretion in astrocytes. Important differences may exist between astrocytic and neuronal exocytosis, starting from the fact that stimulus-secretion coupling in astrocytes is voltage independent, mediated by G-protein-coupled receptors and the release of Ca2+ from internal stores. Elucidating the spatiotemporal properties of astrocytic exo-endocytosis is, therefore, of primary importance for understanding the mode of communication of these cells and their role in brain signaling. We took advantage of fluorescent tools recently developed for studying recycling of glutamatergic vesicles at synapses like styryl dyes and pHluorin in order to follow exocytosis and endocytosis of SLMVs at the level of the entire cell or at the level of single event. We combined epifluorescence and total internal reflection fluorescence imaging to investigate, with unprecedented temporal and spatial resolution, the events underlying the stimulus-secretion in astrocytes. We confirmed that exo-endocytosis process in astrocytes proceeds with a time course on the millisecond time scale. We discovered that SLMVs exocytosis is controlled by local and fast Ca2+ elevations; indeed submicrometer cytosolic compartments delimited by endoplasmic reticulum (ER) tubuli reaching beneath the plasma membrane and containing SLMVs. Such complex organization seems to support the fast stimulus-secretion coupling reported here. Independent subcellular compartments formed by ER, SLMVs and plasma membrane containing intracellular messengers and limiting their diffusion seem to compensate efficiently the non-electrical excitability of astrocytes. Moreover, the existence of two pools of SLMVs which are sequentially recruited suggests a compensatory mechanisms allowing the refill of SLMVs and supporting exocytosis process over a wide range of multiple stimuli. These data suggest that regulated secretion is not only a feature of cultured astrocytes but results from a strong specialization of these cells. The rapidity of secretion demonstrates that astrocytes are able to actively participate in brain information transmission and processing.

Defining secretion processes in astrocytes

During the last decade, evidence that release of chemical transmitters from astrocytes might modulate neuronal activity (the so-called "gliotransmission") occurs in situ has been extensively provided. Nevertheless, gliotransmission remains a highly debated topic because of the lack of direct morphological and functional evidence. Here we provided new information supporting gliotransmission, by i) deepen knowledge about specific properties of regulated secretion of glutamatergic SLMVs, and ii) investigating the involvement of astrocytes in the transmission of dopamine, a molecule whose interaction with astrocytes is likely to occur, but it's still not proven.¦VGLUT-expressing glutamatergic SLMVs have been previously identified both in situ and in vitro, but description of kinetics of release were still lacking. To elucidate this issue, we took advantage of fluorescent tools (styryl dyes and pHluorin) and adapted experimental paradigms and analysis methods previously developed to study exo-endocytosis and recycling of glutamatergic vesicles at synapses. Parallel use of EPIfluorescence and total internal reflection (TIRF) imaging allowed us to find that exo-endocytosis processes in astrocytes are extremely fast, with kinetics in the order of milliseconds, able to sustain and follow neuronal signalling at synapses. Also, exocytosis of SLMVs is under the control of fast, localized Ca2+ elevations in close proximity of SLMVs and endoplasmatic reticulum (ER) tubules, the intracellular calcium stores. Such complex organization supports the fast stimulus-secretion coupling we described; localized calcium elevations have been recently observed in astrocytes in situ, suggesting that these functional microdomains might be present in the intact tissue. In the second part of the work, we investigated whether astrocytes possess some of the benchmarks of brain dopaminergic cells. It's been known for years that astrocytes are able to metabolize monoamines by the enzymes MAO and COMT, but to date no clear information that glial cells are able to uptake and store monoamines have been provided. Here, we identified a whole apparatus for the storage, degradation and release of monoamines, at the ultrastructural level. Electron microscopy immunohistochemistry allowed us to visualize VMAT2- and dopamine-positive intracellular compartments within astrocytic processes, i.e. dense -core granules and cisterns. These organelles might be responsible for dopamine release and storage, respectively; interestingly, this intracellular distribution is reminiscent of VMAT2 expression in dendrites if neurons, where dopamine release is tonic and plays a role in the regulation of its a basal levels, suggesting that astrocytic VMAT2 is involved in the homeostasis of dopamine in healthy brains of adult mammals.¦Durant cette dernière décennie, de nombreux résultats sur le relâchement des transmetteurs par les astrocytes pouvant modulé l'activité synaptique (gliotransmission) ont été fournis. Néanmoins, la gliotransmission reste un processus encore très débattu, notamment à cause de l'absence de preuves directes, morphologique et fonctionnelle démontrant ce phénomène. Nous présentons dans nos travaux de nombreux résultats confortant l'hypothèse de la gliotransmission, dont i) une étude approfondie sur les propriétés spatiales et temporelles de la sécrétion régulée du glutamate dans les astrocytes, et ii) une étude sur la participation des astrocytes dans la transmission de la dopamine, une neuromodulateur dont l'interaction avec les astrocytes est fortement probable, mais qui n'a encore jamais été prouvée. L'expression des petites vésicules (SLMVs - Synaptic Like Micro Vesicles) glutamatergiques exprimant les transporteurs vésiculaires du glutamate (VGLUTs) dans les astrocytes a déjà été prouvé tant in situ qu'in vitro. Afin de mettre en évidence les propriétés précises de la sécrétion de ces organelles, nous avons adapté à nos études des méthodes expérimentales conçues pour observer les processus de exocytose et endocytose dans les neurones. Les résolutions spatiale et temporelle obtenues, grâce a l'utilisation en parallèle de l'épi fluorescence et de la fluorescence a onde évanescente (TIRF), nous ont permis de montrer que la sécrétion régulée dans les astrocytes est un processus extrêmement rapide (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elle est capable de soutenir et de suivre la transmission de signaux entre neurones. Nous avons également découvert que cette sécrétion a lieu dans des compartiments subcellulaires particuliers où nous observons la présence du reticulum endoplasmique (ER) ainsi que des augmentations rapides de calcium. Cette organisation spatiale complexe pourrait être la base morphologique du couplage rapide entre le stimulus et la sécrétion. Par ailleurs, plusieurs études récentes in vivo semblent confirmer l'existence de ces compartiments. Depuis des années nous savons que les astrocytes sont capables de métaboliser les monoamines par les enzymes MAO et COMT. Nous avons donc fourni de nouvelles preuves concernant la présence d'un appareil de stockage dans les astrocytes participant à la dégradation et la libération de monoamines au niveau ultrastructurelle. Grâce à la microscopie électronique, nous avons découvert la présence de compartiments intracellulaires exprimant VMAT2 dans les processus astrocytaires, sous forme de granules et des citernes. Ces organelles pourraient donc être responsables à la fois du relâchement et du stockage de la dopamine. De manière surprenante, cette distribution intracellulaire est similaire aux dendrites des neurones exprimant VMAT2, où la dopamine est libérée de façon tonique permettant d'agir sur la régulation de ses niveaux de base. Ces résultats, suggèrent une certaine participation des VMAT2 présents dans les astrocytes dans le processus d'homéostase de la dopamine dans le cerveau.¦A de nombreuses reprises, dans des émissions scientifiques ou dans des films, il est avancé que les hommes n'utilisent que 10% du potentiel de leur cerveau. Cette légende provient probablement du fait que les premiers chercheurs ayant décrit les cellules du cerveau entre le XIXème et le XXeme siècle, ont montré que les neurones, les cellules les plus connues et étudiées de cet organe, ne représentent seulement que 10% de la totalité des cellules composant du cerveau. Parmi les 90% restantes, les astrocytes sont sans doute les plus nombreuses. Jusqu'au début des années 90, les astrocytes ont été plutôt considérés peu plus que du tissu conjonctif, ayant comme rôles principaux de maintenir certaines propriétés physiques du cerveau et de fournir un support métabolique (énergie, environnement propre) aux neurones. Grace à la découverte que les astrocytes ont la capacité de relâcher des substances neuro-actives, notamment le glutamate, le rôle des astrocytes dans le fonctionnement cérébral a été récemment reconsidérée.¦Le rôle du glutamate provenant des astrocytes et son impact sur la fonctionnalité des neurones n'a pas encore été totalement élucidé, malgré les nombreuses publications démontrant l'importance de ce phénomène en relation avec différentes fonctions cérébrales. Afin de mieux comprendre comment les astrocytes sont impliqués dans la transmission cérébrale, nous avons étudié les propriétés spatio-temporelles de cette libération grâce à l'utilisation des plusieurs marqueurs fluorescents combinée avec différentes techniques d'imagerie cellulaires. Nous avons découvert que la libération du glutamate par les astrocytes (un processus maintenant appelé "gliotransmission") était très rapide et contrôlée par des augmentations locales de calcium. Nous avons relié ces phénomènes à des domaines fonctionnels subcellulaires morphologiquement adaptés pour ce type de transmission. Plus récemment, nous avons concentré nos études sur un autre transmetteur très important dans le fonctionnement du cerveau : la dopamine. Nos résultats morphologiques semblent indiquer que les astrocytes ont la capacité d'interagir avec ce transmetteur, mais d'une manière différente comparée au glutamate, notamment en terme de rapidité de transmission. Ces résultats suggèrent que le astrocytes ont la capacité de modifier leurs caractéristiques et de s'adapter à leur environnement par rapport aux types de transmetteur avec lequel ils doivent interagir.

Characterization of the immunological properties of " Plasmodium falciparum " and " Plasmodium berghei " circumsporozoite proteins : antibody responses and recognition by specific CD8+ T cells

SUMMARY Interest in developing intervention strategies against malaria by targeting the liver stage of the Plasmodium life cycle has been fueled by studies which show that sterile protective immunity can be achieved by immunization with radiation-attenuated sporozoites. Anti-malarial drugs and insecticides have been widely used to control the disease, but in the hope of developing a more cost-effective intervention strategy, vaccine development has taken centre stage in malaria research. There is currently no vaccine against malaria. Attenuated sporozoite-induced immunity is achieved by antibodies and T cells against malaria liver stage antigens, the most abundant being the circumsporozoite protein (CSP), and many vaccine formulations aim at mimicking this immunity. However, the mechanisms by which the antibody and T cell immune responses are generated after infection by sporozoites, or after immunization with different vaccine formulations are still not well understood. The first part of this work aimed at determining the ability of primary hepatocytes from BALB/c mice to process and present CSP-derived peptides after infection with P. berghei sporozoites. Both infected hepatocytes and those traversed by sporozoites during migration were found to be capable of processing and presenting the CSP to specific CD8+ T cells in vitro. The pathway of processing and presentation involved the proteasome, aspartic proteases and transport through a post-Endoplasmic Reticulum (ER) compartment. These results suggest that in vivo, infected hepatocytes contribute to the elicitation and expansion of a T cell response. In the second part, the antibody responses of CB6F1 mice to synthetic peptides corresponding to the N- and C-terminal domains of P. berghei and P. falciparum CS proteins were characterized. Mice were immunized with single peptides or a combination of N- and C-terminal peptides. The peptides were immunogenic in mice and the antisera generated could recognize the native CSP on the sporozoite surface. Antisera generated against the N-terminal peptides or against the combinations inhibited sporozoite invasion of hepatocytes in vitro. In vivo, more mice immunized with single P. berghei peptides were protected from infection upon a challenge with P. berghei sporozoites, than mice immunized with a combination of N- and C-terminal peptides. Furthermore, P. falciparum N-terminal peptides were recognized by serum samples from people living in malaria-endemic areas. Importantly, recognition of a peptide from the N-terminal fragment of the P. falciparum CSP by sera from children living in a malaria-endemic region was associated with protection from disease. These results underline the potential of using such peptides as malaria vaccine candidates. RESUME L'intérêt de développer des stratégies d'intervention contre la malaria ciblant le stade pré-erythrocytaire a été alimenté par des études qui montrent qu'il est possible d'obtenir une immunité par l'injection de sporozoites irradiés. Les médicaments et les insecticides anti-paludiques ont été largement utilisés pour contrôler la maladie, mais dans l'espoir de développer une stratégie d'intervention plus rentable, le développement de vaccins a été placé au centre des recherches actuelles contre la malaria. A l'heure actuelle, il n'existe aucun vaccin contre la malaria. L'immunité induite par les sporozoites irradiés est due à l'effet combiné d'anticorps et de cellules T qui agissent contre les antigènes du stade hépatique dont le plus abondant est la protéine circumsporozoite (CSP). Beaucoup de formulations de vaccin visent à imiter l'immunité induite par les sporozoites irradiés. Cependant, les mécanismes par lesquels les anticorps et les cellules T sont génerés après infection par les sporozoites ou après immunisation avec des formulations de vaccin ne sont pas bien compris. La première partie de ce travail a visé à déterminer la capacité de hépatocytes primaires provenant de souris BALB/c à "processer" et à présenter des peptides dérivés de la CSP, après infection par des sporozoites de Plasmodium berghei. Nous avons montré que in vitro, les hépatocytes infectés et ceux traversés par les sporozoites pendant leur migration étaient capables de "processer" et de présenter la CSP aux cellules T CD8+ spécifiques. La voie de présentation implique le protéasome, les protéases de type aspartique et le transport à travers un compartiment post-reticulum endoplasmique. Ces résultats suggèrent que in vivo, les hépatocytes infectés contribuent à l'induction et à l'expansion d'une réponse immunitaire spécifique aux cellules T. Dans la deuxième partie, nous avons caractérisé les réponses anticorps chez les souris de la souche CB6F1 face aux peptides N- et C-terminaux des protéines circumsporozoites de Plasmodium berghei et Plasmodium falciparum. Les souris ont été immunisées avec les peptides individuellement ou en combinaison. Les peptides utilisés étaient immunogéniques chez les souris, et les anticorps produits pouvaient reconnaître la protéine CSP native à la surface des sporozoites. In vitro, les sera contre les peptides N-teminaux et les combinaisons étaient capables d'inhiber l'invasion de hépatocytes par les sporozoites. In vivo, plus de souris immunisées avec les peptides individuels de la CSP de P. berghei étaient protégées contre la malaria que les souris immunisées avec une combinaison de peptides N- et C-terminaux. De plus, les peptides N-terminaux de la CSP de P. falciparum ont été reconnus par les sera de personnes vivant dans des régions endémiques pour la malaria. Il est intéressant de voir que la reconnaissance d'un peptide N-terminal de P. falciparum par des sera d'enfants habitant dans des régions endémiques était associé à la protection contre la maladie. Ces résultats soulignent le potentiel de ces peptides comme candidats-vaccin contre la malaria.

Développement de modèles C. elegans de Sclérose Latérale Amyotrophique

Les gènes TDP-43 (TAR DNA Binding Protein 43) et FUS/TLS (Fused in Sarcoma/Translocated in Liposarcoma) sont actuellement à l’étude quant à leurs rôles biologiques dans le développement de diverses neuropathies telles que la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA). Étant donné que TDP-43 et FUS sont conservés au cours de l’évolution, nous avons utilisé l’organisme modèle C. elegans afin d’étudier leurs fonctions biologiques. Dans ce mémoire, nous démontrons que TDP-1 fonctionne dans la voie de signalisation Insuline/IGF pour réguler la longévité et la réponse au stress oxydatif. Nous avons développé des lignées C. elegans transgéniques mutantes TDP-43 et FUS qui présentent certains aspects de la SLA tels que la dégénérescence des motoneurones et la paralysie adulte. La protéotoxicité causée par ces mutations de TDP- 43 et FUS associées à la SLA, induit l’expression de TDP-1. À l’inverse, la délétion de tdp-1 endogène protège contre la protéotoxicité des mutants TDP-43 et FUS chez C. elegans. Ces résultats suggèrent qu’une induction chronique de TDP-1/TDP-43 sauvage propagerait la protéotoxicité liée à la protéine mutante. Nous avons aussi entrepris un criblage moléculaire pilote afin d’isoler des suppresseurs de toxicité neuronale des modèles transgéniques mutants TDP-43 et FUS. Nous avons ainsi identifié le bleu de méthylène et le salubrinal comme suppresseurs potentiels de toxicité liée à TDP-43 et FUS via réduction de la réponse au stress du réticulum endoplasmique (RE). Nos résultats indiquent que l’homéostasie de repliement des protéines dans le RE représente une cible pour le développement de thérapies pour les maladies neurodégénératives.

Mécanisme moléculaire de protection des HDLs contre le stress du réticulum endoplasmique dans la cellule beta pancréatique. [Molecular mechanisms of HDLs to protect against the endoplasmic reticulum stress in pancreatic beta cell.]

Introduction: Les particules de HDL (High Density Lipoproteins) ont des fonctions très diverses notamment anti-inflamatoires, anti-apoptotiques ou anti-oxydatives. Chez les patients diabétiques, les niveaux de HDLs sont bas, les prédisposants ainsi à un risque élévé à développer une maladie cardiovasculaire. Sachant que le s HDLs ont également un effet protecteur sur la cellule beta, le but de cette étude est dinvestigué les mécanismes moléculaires de cette protection contre le stress du réticulum, stress qui contriubue au développement du diabéte de type 2. Résultats: La thapsigargine et la tunicamycine induisent lapoptose en induisant un stress dans le réticulum endoplasmique (RE) par un mauvais repliement des protéines dans le RE, ainsi que l'activation de l'UPR (Unfolded Protein Respons) avec trois voies communes de signalisation intracellulaire (IRE1, PREK et ATF6). Ces voix veillent tout d'abord à augmenter la capacité de repliement des protéines et le cas échéant à lapoptose. Nos résultats montrent que les HDLs sont capable d'inhuber lapoptose induite par la thapsigargine et la tunicamycine dans les MIN6. Dans le cas du traitement avec la thapsigargine, plusieurs marqueurs des voix UPR sont bloqués en présence des HDLs, suggérant que l'effet anti-apoptotiques des HDLs s'exerce au niveau ou en amont du RE. Les HDLS par contre ne bloquent par la sortie de calcium du RE induite par la thapsigargine ce qui indique que les HDLs n'interfèrent pas avec l'action de cette drogue sur sa cible (SERCA). Dans le cas de la la tunicamycine, les HDLs ne bloquent pas, ou très légèrement, l'activation des voix de l'UPR. La protection induite par les HDLs contre la mort engendrée par la tunicamycine s'sexerce dont apparement en aval de l'UPR et reste à être déterminer. Conclusions: Nos données suggérent que les HDLs sont capable de protéger la cellule beta contre le stress du réticulum mais apparement de façon différente selon les modalités d'inductions de ce stress.

Endoplasmic reticulum stress promotes inflammation through activation of the NLRP3 inflammasome

SummaryMulticellular organisms have evolved an immune system in order to cope with the constant threats they are facing. Foreign pathogens or endogenous danger signals released by injured or dying host cells can be readily detected through a set of germline- encoded pattern-recognition receptors. The NOD-like receptors are a cytoplasmic family of pattern-recognition receptors that have recently attracted considerable attention due to their ability to form inflammasomes, which are molecular complexes responsible for the activation of caspase-1 and the subsequent processing of the pro¬inflammatory cytokines IL-IB and 11-18 into their mature, bioactive form.In this study, we describe a novel pro-inflammatory signaling pathway, whereby the endoplasmic reticulum promotes inflammation through activation of the NLRP3 inflammasome. This was shown to be independent of the classical endoplasmic reticulum stress response pathway constituted by the effectors IREla, PERK and ATF6a. In keeping with other known NLRP3 activators, generation of reactive oxygen species and potassium efflux were required. We also provide evidence that calcium signaling is critical to this pathway, and possibly integrates signaling triggered by various NLRP3 inflammasome activators. Moreover, the mitochondrial channel VDAC1 was instrumental in mediating this response. We thus propose that the endoplasmic reticulum acts as an integrator of stress and is able to activate the mitochondria in a calcium-dependent manner in order to promote NLRP3 inflammasome activation in response to a wide range of activators.Given the role played by inflammation in the pathogenesis of atherosclerosis, we decided to investigate a possible role for the NLRP3 inflammasome in the progression of the disease. Using an ApoE mouse model, we find that deficiency in the NLRP3 inflammasome components NLRP3, ASC or Caspase-1 does not impair atherosclerosis progression, nor does it impact plaque stability. While previous studies have clearly shown a role for the interleukin-1 family of ligands in atherosclerosis, our results suggest that its contribution might be more complex than previously appreciated, and further research is thus warranted in this field.RésuméLes organismes multicellulaires ont développé un système immunitaire pour faire face aux menaces qui les entourent. Des pathogènes étrangers ou des signaux de danger relâchés par des cellules de l'hôte en détresse peuvent être rapidement détectés via un assemblage de récepteurs spécifiques qui sont présents dès la naissance. Certains membres de la famille de récepteurs NOD ont récemment attiré beaucoup d'attention au vu de leur capacité à former des inflammasomes, complexes moléculaires responsables de l'activation de la easpase-1 et de la maturation des cytokines pro-inflammatoires IL- 1β et IL-18 en leur forme bioactive.Dans cette étude, nous décrivons une nouvelle voie de signalisation pro-inflammatoire, par laquelle le réticulum endoplasmique induit l'inflammation via l'activation de l'inflammasome NLRP3. Cette voie est indépendante de la voie classique de réponse au stress du réticulum endoplasmique, qui comprend les effecteurs IRE1, PERK et ATF6. Comme pour d'autres activateurs de NLRP3, la génération de radicaux libres d'oxygène ainsi que Γ efflux de potassium sont requis. Nous montrons également que le calcium joue un rôle critique dans cette voie, et intègre possiblement la signalisation provoquée par divers activateurs de l'inflammasome NLRP3. De plus, le canal mitochondrial VDAC1 est essentiel dans cette réponse. Nous proposons donc que le réticulum endoplasmique agit comme un intégrateur de stress, activant la mitochondrie d'une façon calcium-dépendante pour promouvoir l'activation de l'inflammasome NLRP3 en réponse à divers activateurs.Au vu du rôle joué par l'inflammation dans la pathogenèse de l'athérosclérose, nous avons étudié un possible rôle pour l'inflammasome NLRP3 dans la progression de la maladie. Dans un modèle de souris ApoE, l'absence des composants de l'inflammasome NLRP3 que sont NLRP3, ASC et Caspase-1 n'influence pas la progression des plaques ni leur stabilité. Alors que d'autres études ont démontré un rôle pour les membres de la famille de l'interleukine-1 dans l'athérosclérose, nos résultats suggèrent que leur contribution pourrait être plus complexe que précédemment apprécié, et d'autres recherches dans ce domaine sont donc nécessaires.

Rôles du stress du réticulum endoplasmique et de l'immunité innée dans l'inhibition de la transcription du gène de l'insuline : étude du facteur de transcription ATF6 et du récepteur TLR4

Le diabète de type 2 (DT2) est caractérisé par une résistance des tissus périphériques à l’action de l’insuline et par une insuffisance de la sécrétion d’insuline par les cellules β du pancréas. Différents facteurs tels que le stress du réticulum endoplasmique (RE) et l’immunité innée affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Toutefois, leur implication dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline demeure imprécise. Le but de cette thèse était d’identifier et de caractériser le rôle du stress du RE et de l’immunité innée dans la régulation de la transcription du gène de l’insuline. Les cellules β-pancréatiques ont un RE très développé, conséquence de leur fonction spécialisée de biosynthèse et de sécrétion d’insuline. Cette particularité les rend très susceptible au stress du RE qui se met en place lors de l’accumulation de protéines mal repliées dans la lumière du RE. Nous avons montré qu’ATF6 (de l’anglais, activating transcription factor 6), un facteur de transcription impliqué dans la réponse au stress du RE, lie directement la boîte A5 de la région promotrice du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans isolés de rat. Nous avons également montré que la surexpression de la forme active d’ATF6α, mais pas ATF6β, réprime l’activité du promoteur de l’insuline. Toutefois, la mutation ou l’absence de la boîte A5 ne préviennent pas l’inhibition de l’activité promotrice du gène de l’insuline par ATF6. Ces résultats montrent qu’ATF6 se lie directement au promoteur du gène de l’insuline, mais que cette liaison ne semble pas contribuer à son activité répressive. Il a été suggéré que le microbiome intestinal joue un rôle dans le développement du DT2. Les patients diabétiques présentent des concentrations plasmatiques élevées de lipopolysaccharides (LPS) qui affectent la fonction de la cellule β-pancréatique. Nous avons montré que l’exposition aux LPS entraîne une réduction de la transcription du gène de l’insuline dans les îlots de Langerhans de rats, de souris et humains. Cette répression du gène de l’insuline par les LPS est associée à une diminution des niveaux d’ARNms de gènes clés de la cellule β-pancréatique, soit PDX-1 (de l’anglais, pancreatic duodenal homeobox 1) et MafA (de l’anglais, mammalian homologue of avian MafA/L-Maf). En utilisant un modèle de souris déficientes pour le récepteur TLR4 (de l’anglais, Toll-like receptor), nous avons montré que les effets délétères des LPS sur l’expression du gène de l’insuline sollicitent le récepteur de TLR4. Nous avons également montré que l’inhibition de la voie NF-kB entraîne une restauration des niveaux messagers de l’insuline en réponse à une exposition aux LPS dans les îlots de Langerhans de rat. Ainsi, nos résultats montrent que les LPS inhibent le gène de l’insuline dans les cellules β-pancréatiques via un mécanisme moléculaire dépendant du récepteur TLR4 et de la voie NF-kB. Ces observations suggèrent ainsi un rôle pour le microbiome intestinal dans la fonction de la cellule β du pancréas. Collectivement, ces résultats nous permettent de mieux comprendre les mécanismes moléculaires impliqués dans la répression du gène de l'insuline en réponse aux divers changements survenant de façon précoce dans l’évolution du diabète de type 2 et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles qui permettraient de prévenir ou ralentir la détérioration de l'homéostasie glycémique au cours de cette maladie, qui affecte plus de deux millions de Canadiens.

Comparison of proteins of the endoplasmic reticulum from control rat liver with proteins of the endoplasmic reticulum from dissected liver tumor nodules

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Proteasome Inhibition Represses Unfolded Protein Response and Nox4, Sensitizing Vascular Cells to Endoplasmic Reticulum Stress-Induced Death

Background: Endoplasmic reticulum (ER) stress has pathophysiological relevance in vascular diseases and merges with proteasome function. Proteasome inhibition induces cell stress and may have therapeutic implications. However, whether proteasome inhibition potentiates ER stress-induced apoptosis and the possible mechanisms involved in this process are unclear. Methodology/Principal Findings: Here we show that proteasome inhibition with MG132, per se at non-lethal levels, sensitized vascular smooth muscle cells to caspase-3 activation and cell death during ER stress induced by tunicamycin (Tn). This effect was accompanied by suppression of both proadaptive (KDEL chaperones) and proapoptotic (CHOP/GADD153) unfolded protein response markers, although, intriguingly, the splicing of XBP1 was markedly enhanced and sustained. In parallel, proteasome inhibition completely prevented ER stress-induced increase in NADPH oxidase activity, as well as increases in Nox4 isoform and protein disulfide isomerase mRNA expression. Increased Akt phosphorylation due to proteasome inhibition partially offset the proapoptotic effect of Tn or MG132. Although proteasome inhibition enhanced oxidative stress, reactive oxygen species scavenging had no net effect on sensitization to Tn or MG132-induced cell death. Conclusion/Relevance: These data indicate unfolded protein response-independent pathways whereby proteasome inhibition sensitizes vascular smooth muscle to ER stress-mediated cell death. This may be relevant to understand the therapeutic potential of such compounds in vascular disease associated with increased neointimal hyperplasia.

Endurance exercise training ameliorates insulin resistance and reticulum stress in adipose and hepatic tissue in obese rats

Obesity-induced endoplasmatic reticulum (ER) stress has been demonstrated to underlie the induction of obesity-induced JNK and NF-kappa B activation inflammatory responses, and generation of peripheral insulin resistance. On the other hand, exercise has been used as a crucial tool in obese and diabetic patients, and may reduce inflammatory pathway stimulation. However, the ability of exercise training to reverse endoplasmatic reticulum stress in adipose and hepatic tissue in obesity has not been investigated in the literature. Here, we demonstrate that exercise training ameliorates ER stress and insulin resistance in DIO-induced rats. Rats were fed with standard rodent chow (3,948 kcal kg(-1)) or high-fat diet (5,358 kcal kg(-1)) for 2 months. After that rats were submitted to swimming training (1 h per day, 5 days for week with 5% overload of the body weight for 8 weeks). Samples from epididymal fat and liver were obtained and western blot analysis was performed. Our results showed that swimming protocol reduces pro-inflammatory molecules (JNK, I kappa B and NF-kappa B) in adipose and hepatic tissues. In addition, exercise leads to reduction in ER stress, by reducing PERK and eIF2 alpha phosphorylation in these tissues. In parallel, an increase in insulin pathway signaling was observed, as confirmed by increases in IR, IRSs and Akt phosphorylation following exercise training in DIO rats. Thus, results suggest that exercise can reduce ER stress, improving insulin resistance in adipose and hepatic tissue.

Relaxation evoked by extracellular Ca(2+) in rat aorta is nerve-independent and involves sarcoplasmic reticulum and L-type Ca(2+) channell

The perivascular nerve network expresses a Ca(2+) receptor that is activated by high extracellular Ca(2+) concentrations and causes vasorelaxation in resistance arteries. We have verified the influence of perivascular nerve fibers on the Ca(2+)-induced relaxation in aortic rings. To test our hypothesis, either pre-contracted aortas isolated from rats after sensory denervation with capsaicin or aortic rings acutely denervated with phenol were stimulated to relax with increasing extracellular Ca(2+) concentration. We also studied the role of the endothelium on the Ca(2+)-induced relaxation, and we verified the participation of endothelial/nonendothelial nitric oxide and cyclooxygenise-arachidonic acid metabolites. Additionally, the role of the sarcoplasmic reticulum, K(+) channels and L-type Ca(2+) channels on the Ca(2+)-induced relaxation were evaluated. We have observed that the Ca(2+)-induced relaxation is completely nerve independent, and it is potentiated by endothelial nitric oxide (NO). In endothelium-denuded aortic rings, indomethacin and AH6809 (PGF(2 alpha) receptor antagonist) enhance the relaxing response to Ca(2+). This relaxation is inhibited by thapsigargin and verapamil, while was not altered by tetraethylammonium. In conclusion, we have shown that perivascular nervous fibers do not participate in the Ca(2+)-induced relaxation, which is potentiated by endothelial NO. In endothelium-denuded preparations, indomethacin and AH6809 enhance the relaxation induced by Ca(2+). The relaxing response to Call was impaired by verapamil and thapsigargin, revealing the importance of L-type Ca(2+) channels and sarcoplasmic reticulum in this response. (c) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effects of beta-escin and saponin on the transverse-tubular system and sarcoplasmic reticulum membranes of rat and toad skeletal muscle

Mechanically skinned skeletal muscle fibres from rat and toad were exposed to the permeabilizing agents beta-escin and saponin. The effects of these agents on the sealed transverse tubular system (t-system) and sarcoplasmic reticulum (SR) were examined by looking at changes in the magnitude of the force responses to t-system depolarization, the time course of the fluorescence of fura-2 trapped in the sealed t-system, and changes in the magnitude of caffeine-induced contractures following SR loading with Ca2+ under defined conditions. In the presence of 2 mu g ml(-1) beta-escin and saponin, the response to t-system depolarization was not completely abolished, decreasing to a plateau, and a large proportion of fura-2 remained in the sealed t-system. At 10 mu g ml(-1), both agents abolished the ability of both rat and toad preparations to respond to t-system depolarization after 3 min of exposure, but a significant amount of fura-2 remained in sealed t-tubules even after exposure to 100 mu g ml(-1) beta-escin and saponin for 10 min. beta-Escin took longer than saponin to reduce the t-system depolarizations and fura-2 content of the sealed t-system to a similar level. The ability of the SR to load Ca2+ was reduced to a lower level after treatment with beta-escin than saponin. This direct effect on the SR occurred at much lower concentrations for rat (2 mu g ml(-1) beta-escin and 10 mu g ml(-1) saponin) than toad (10 mu g ml(-1) beta-escin and 150 mu g ml(-1) saponin). The reverse order in sensitivities to beta-escin and saponin of t-system and SR membranes indicates that the mechanisms of action of beta-escin and saponin are different in the two types of membrane. In conclusion, this study shows that: (1) beta-escin has a milder action on the surface membrane than saponin; (2) beta-escin is a more potent modifier of SR function; (3) simple permeabilization of membranes is not sufficient to explain the effects of beta-escin and saponin on muscle membranes; and (4) the t-system network within muscle fibres is not a homogeneous compartment.

Effects of Mg2+ on Ca2+ release from sarcoplasmic reticulum of skeletal muscle fibres from yabby (crustacean) and rat

1. The role of myoplasmic [Mg2+] on Ca2+ release from the sarcoplasmic reticulum (SR) was examined in the two major types of crustacean muscle fibres, the tonic, long sarcomere fibres and the phasic, short sarcomere fibres of the fresh mater decapod crustacean Cherax: destructor (yabby) and in the fast-twitch rat muscle fibres using the mechanically skinned muscle fibre preparation. 2. A robust Ca2+-induced Ca2+-release (CICR) mechanism was present in both long and short sarcomere fibres and 1 mM Mg2+ exerted a strong inhibitory action on the XR Ca2+ release in both fibre types. 3. The XR displayed different properties with respect to Ca2+ loading in the long and the short sarcomere fibres and marked functional differences were identified with respect to Mg2+ inhibition between the two crustacean fibre types. Thus, in long sarcomere fibres, the submaximally loaded XR was able to release Ca2+ when [Mg2+] was lowered from 1 to 0.01 mw in the presence of 8 mM ATP(total) and in the virtual absence of Ca2+ (< 5 nM) even when the CICR was suppressed. In contrast, negligible Ca2+ was released from the submaximally loaded SR of short sarcomere yabby fibres when [Mg2+] was lowered from 1. to 0.01 mM under the same conditions as for the long sarcomere fibres. Nevertheless, the rate of XR Ca2+ release in short sarcomere fibres increased markedly when [Mg2+] was lowered in the presence of [Ca2+] approaching the normal resting levels (50-100 nM). 4. Rat fibres were able to release SR Ca2+ at a faster rate than the long sarcomere yabby fibres when [Mg2+] was lowered from 1 to 0.01 mM in the virtual absence of Ca2+ but, unlike with yabby fibres, the net rate of Ca2+ release was actually increased for conditions that were considerably less favourable to CICR. 5. In summary it is concluded that crustacean skeletal muscles have more that one functional type of Ca2+-release channels, that these channels display properties that are intermediate between those of mammalian skeletal and cardiac isoforms, that the inhibition exerted by Mg2+ at rest on the crustacean SR Ca2+-release channels must be removed during excitation-contraction coupling and that, unlike in crustacean fibres, CICR cannot play the major role in the activation of XR Ca2+-release channels in the rat skeletal muscle.

Mitochondria, endoplasmic reticulum and actin filament behavior after PDT with chloroaluminum phthalocyanine liposomal in HeLa cells

Photodynamic therapy (PDT) for cancer is a therapeutic modality in the treatment of tumors in which visible light is used to activate a photosensitizer. Cell membranes have been identified as an important intracellular target for singlet oxygen produced during the photochemical pathway. This study analyzed the cytotoxicity in specific cellular targets of a photosensitizer used in PDT in vitro. The photosensitizing effects of chloroaluminum phthalocyanine liposomal were studied on the mitochondria, cytoskeleton and endoplasmic reticulum of HeLa cells. Cells were irradiated with a diode laser working at 670 nm, energy density of 4.5 J/cm(2) and power density of 45 mW/cm(2). Fluorescence microscopic analysis of the mitochondria showed changes in membrane potential. After PDT treatment, the cytoskeleton and endoplasmic reticulum presented basic alterations in distribution. The combined effect of AlPHCl liposomal and red light in the HeLa cell line induced photodamage to the mitochondria, endoplasmic reticulum and actin filaments in the cytoskeleton. (c) 2008 International Federation for Cell Biology. Published by Elsevier Ltd. All rights reserved.