TBX2 represses CST6 resulting in uncontrolled legumain activity to sustain breast cancer proliferation: a novel cancer-selective target pathway with therapeutic opportunities.

TBX2 is an oncogenic transcription factor known to drive breast cancer proliferation. We have identified the cysteine protease inhibitor Cystatin 6 (CST6) as a consistently repressed TBX2 target gene, co-repressed through a mechanism involving Early Growth Response 1 (EGR1). Exogenous expression of CST6 in TBX2-expressing breast cancer cells resulted in significant apoptosis whilst non-tumorigenic breast cells remained unaffected. CST6 is an important tumor suppressor in multiple tissues, acting as a dual protease inhibitor of both papain-like cathepsins and asparaginyl endopeptidases (AEPs) such as Legumain (LGMN). Mutation of the CST6 LGMN-inhibitory domain completely abrogated its ability to induce apoptosis in TBX2-expressing breast cancer cells, whilst mutation of the cathepsin-inhibitory domain or treatment with a pan-cathepsin inhibitor had no effect, suggesting that LGMN is the key oncogenic driver enzyme. LGMN activity assays confirmed the observed growth inhibitory effects were consistent with CST6 inhibition of LGMN. Knockdown of LGMN and the only other known AEP enzyme (GPI8) by siRNA confirmed that LGMN was the enzyme responsible for maintaining breast cancer proliferation. CST6 did not require secretion or glycosylation to elicit its cell killing effects, suggesting an intracellular mode of action. Finally, we show that TBX2 and CST6 displayed reciprocal expression in a cohort of primary breast cancers with increased TBX2 expression associating with increased metastases. We have also noted that tumors with altered TBX2/CST6 expression show poor overall survival. This novel TBX2-CST6-LGMN signaling pathway, therefore, represents an exciting opportunity for the development of novel therapies to target TBX2 driven breast cancers.

Ethanol-induced water stress and fungal growth

Fungal growth inhibition by ethanol was compared with that caused by five other agents of water stress (at 25, 40 and 42.5°C), using Aspergillus oryzae. Ethanol, KCl, glycerol, glucose, sorbitol, and polyethylene glycol 400 were incorporated into media at concentrations corresponding to water activity (a(w)) values in the range 1 to 0.75. Generally, as temperature increased there was a decrease in the a(w) value at which optimum growth occurred. The a(w) limit for growth on KCl, glycerol, glucose, sorbitol, or polyethylene glycol 400 media was about 0.85, regardless of temperature. However, the a(w) limit for growth on ethanol media varied between 0.97 and 0.99 a(w) and was temperature-dependent. Water stress accounted for up to 31, 18 and 6% of growth inhibition by ethanol at 25, 40, and 42.5°C, respectively. For media containing ethanol, the decrease in growth rate per unit of a(w) reduction was greater as temperature increased. However, ethanol-induced water stress remained constant regardless of temperature, suggesting that other inhibitory effects of ethanol are closely temperature- dependent. Water stress may account for considerably more than 30% of growth inhibition by ethanol in cells that remain metabolically active at higher ethanol concentrations.

Sphingosine Kinase 1 Promotes Malignant Progression in Colon Cancer and Independently Predicts Survival of Patients With Colon Cancer by Competing Risk Approach in South Asian Population

OBJECTIVES: Sphingosine kinase 1 (SphK1) phosphorylates the membrane sphingolipid, sphingosine, to sphingosine-1-phosphate (S1P), an oncogenic mediator, which drives tumor cell growth and survival. Although SphK1 has gained increasing prominence as an oncogenic determinant in several cancers, its potential as a therapeutic target in colon cancer remains uncertain. We investigated the clinical relevance of SphK1 expression in colon cancer as well as its inhibitory effects in vitro.

METHODS: SphK1 expression in human colon tumor tissues was determined by immunohistochemistry and its clinicopathological significance was ascertained in 303 colon cancer cases. The effects of SphK1 inhibition on colon cancer cell viability and the phosphoinositide 3-kinase (PI3K)/Akt cell survival pathway were investigated using a SphK1-selective inhibitor-compound 5c (5c). The cytotoxicity of a novel combination using SphK1 inhibition with the chemotherapeutic drug, 5-fluorouracil (5-FU), was also determined.

RESULTS: High SphK1 expression correlated with advanced tumor stages (AJCC classification). Using a competing risk analysis model to take into account disease recurrence, we found that SphK1 is a significant independent predictor for mortality in colon cancer patients. In vitro, the inhibition of SphK1 induced cell death in colon cancer cell lines and attenuated the serum-dependent PI3K/Akt signaling. Inhibition of SphK1 also enhanced the sensitivity of colon cancer cells to 5-FU.

CONCLUSION: Our findings highlight the impact of SphK1 in colon cancer progression and patient survival, and provide evidence supportive of further development in combination strategies that incorporate SphK1 inhibition with current chemotherapeutic agents to improve colon cancer outcomes.

Modulation of intracellular calcium homeostasis blocks autophagosome formation

Cellular stress responses often involve elevation of cytosolic calcium levels, and this has been suggested to stimulate autophagy. Here, however, we demonstrated that agents that alter intracellular calcium ion homeostasis and induce ER stress-the calcium ionophore A23187 and the sarco/endoplasmic reticulum Ca (2+)-ATPase inhibitor thapsigargin (TG)-potently inhibit autophagy. This anti-autophagic effect occurred under both nutrient-rich and amino acid starvation conditions, and was reflected by a strong reduction in autophagic degradation of long-lived proteins. Furthermore, we found that the calcium-modulating agents inhibited autophagosome biogenesis at a step after the acquisition of WIPI1, but prior to the closure of the autophagosome. The latter was evident from the virtually complete inability of A23187- or TG-treated cells to sequester cytosolic lactate dehydrogenase. Moreover, we observed a decrease in both the number and size of starvation-induced EGFP-LC3 puncta as well as reduced numbers of mRFP-LC3 puncta in a tandem fluorescent mRFP-EGFP-LC3 cell line. The anti-autophagic effect of A23187 and TG was independent of ER stress, as chemical or siRNA-mediated inhibition of the unfolded protein response did not alter the ability of the calcium modulators to block autophagy. Finally, and remarkably, we found that the anti-autophagic activity of the calcium modulators did not require sustained or bulk changes in cytosolic calcium levels. In conclusion, we propose that local perturbations in intracellular calcium levels can exert inhibitory effects on autophagy at the stage of autophagosome expansion and closure.

Autonomic modification of intestinal smooth muscle contractility

Intestinal smooth muscle contracts rhythmically in the absence of nerve and hormonal stimulation because of the activity of pacemaker cells between and within the muscle layers. This means that the autonomic nervous system modifies rather than initiates intestinal contractions. The practical described here gives students an opportunity to observe this spontaneous activity and its modification by agents associated with parasympathetic and sympathetic nerve activity. A section of the rabbit small intestine is suspended in an organ bath, and the use of a pressure transducer and data-acquisition software allows the measurement of tension generated by the smooth muscle of intestinal walls. The application of the parasympathetic neurotransmitter ACh at varying concentrations allows students to observe an increase in intestinal smooth muscle tone with increasing concentrations of this muscarinic receptor agonist. Construction of a concentration-effect curve allows students to calculate an EC50 value for ACh and consider some basic concepts surrounding receptor occupancy and activation. Application of the hormone epinephrine to the precontracted intestine allows students to observe the inhibitory effects associated with sympathetic nerve activation. Introduction of the drug atropine to the preparation before a maximal concentration of ACh is applied allows students to observe the inhibitory effect of a competitive antagonist on the physiological response to a receptor agonist. The final experiment involves the observation of the depolarizing effect of K+ on smooth muscle. Students are also invited to consider why the drugs atropine, codeine, loperamide, and botulinum toxin have medicinal uses in the management of gastrointestinal problems.

Structure-inhibition relationship of phenylethanoid glycosides on angiotensin-converting enzyme using ultra-performance liquid chromatography-tandem quadrupole mass spectrometry

Angiotensin-converting enzyme (ACE) plays a critical role in rennin-angiotensin system. Recently, natural products isolated from herbal medicines revealed inhibitory effects against ACE which suggested their potential activities in regulating blood pressure. In this study, ACE inhibition (ACEI) of 21 phenylethanoid glycosides and related phenolic compounds were investigated by measuring the production of HA a rapid, sensitive, accurate and specific ultra-performance liquid chromatography-tandem quadrupole mass spectrometry (UPLC-MS/MS) method. The test compounds showed different inhibitory potencies on ACE ranging from 5.29 to 95.01% at 50 mM, and the compounds with ACEI higher than 50% were selected for further IC50 determination. The IC50 values were from 0.53 ± 0.04 to 15.035 ± 0.036 mM. The structure-inhibition relationship were then explored and the result showed that cinnamoyl groups played an essential role in ACEI of phenylethanoid glycosides. Furthermore, the sub-structures of increasing ACEI for phenylethanoid glycosides is more hydroxyls and less steric hindrance to chelate the active site Zn2+ of ACE. In summary, our results suggested that phenylethanoid glycosides are a widely available source of anti-hypertensive natural products and the information provided from structure-inhibition relationship study could aid the design of structurally modified phenylethanoid glycosides as anti-hypertensive drugs.

Directed integration of new insulated lentiviral vectors to heterochromatin towards safer gene transfer to stem cells

The need for better gene transfer systems towards improved risk=benefit balance for patients remains a major challenge in the clinical translation of gene therapy (GT). We have investigated the improvement of integrating vectors safety in combining (i) new short synthetic genetic insulator elements (GIE) and (ii) directing genetic integration to heterochromatin. We have designed SIN-insulated retrovectors with two candidate GIEs and could identify a specific combination of insulator 2 repeats which translates into best functional activity, high titers and boundary effect in both gammaretro (p20) and lentivectors (DCaro4) (see Duros et al, abstract ibid). Since GIEs are believed to shield the transgenic cassette from inhibitory effects and silencing, DCaro4 has been further tested with chimeric HIV-1 derived integrases which comprise C-ter chromodomains targeting heterochromatin through either histone H3 (ML6chimera) or methylatedCpGislands (ML10). With DCaro4 only and both chimeras, a homogeneous expression is evidenced in over 20% of the cells which is sustained over time. With control lentivectors, less than 2% of cells express GFP as compared to background using a control double-mutant in both catalytic and ledgf binding-sites; in addition, a two-times increase of expression can be induced with histone deacetylase inhibitors. Our approach could significantly reduce integration into open chromatin sensitive sites in stem cells at the time of transduction, a feature which might significantly decrease subsequent genotoxicity, according to X-SCIDs patients data.Work performed with the support of EC-DG research within the FP6-Network of Excellence, CLINIGENE: LSHB-CT-2006-018933

CCK, dietary variety, and food intake in rats /

Among the environmental factors that can affect food intake is the extent of dietary variety available in the environment. Numerous studies have demonstrated that variety in a meal can increase the amount of food consumed in humans, rats, and other species. A physiological mechanism that has been demonstrated to affect food intake is the gut peptide cholecystokinin (CCK) which is released from the upper small intestine during the ingestion of food. Peripherally administered CCK has a robust inhibitory effect on the intake of a single-food meal. Thus, dietary variety and CCK both affect meal size, with dietary variety increasing intake and CCK decreasing intake. This raises the question ofhow dietary variety and CCK might interact to affect meal size. Previous studies of CCK's effects have focused on situations in which only one food was available for consumption. However, in an animal's natural environment it would frequently occur that the animal would come across a number of foods either simultaneously or in quick succession, thus providing the animal access to a variety of foods during a meal. Accordingly, the effect ofCCK on food intake in single-food and multiple-food meals was examined. It was found that food intake was greater in multiple-food than in single-food meals provided that foods in the multiplefood meal were presented either simultaneously or in increasing order of preference. When foods in the multiple-food meal were presented in decreasing order of preference, intake was similar to that observed in single-food meals. In addition, it was found that CCK inhibited food intake in a dose-dependent manner, and that its effects on food intake were similar regardless of meal type. Therefore, the inhibitory effects ofCCK were not diminished when a variety of foods were available for consumption. Furthermore, the finding that CCK did not differentially affect the intake of the two types of meals does not provide support for the recent-foods hypothesis which postulates that CCK decreases food intake by reducing the palatability of only recently consumed foods. However, it is consistent with the all-foods hypothesis, which predicts that CCK reduces food intake by decreasing the palatability of all foods. The 600 ng/kg dose of the CCK^-antagonist lorglumide significantly antagonized the inhibitory effect of exogenous CCK on food intake, and the magnitude of this effect was similar for both types of meal. These results suggest that exogenous CCK inhibits food intake through the activation ofCCK^ receptors. However, when administered by itself, the 600^ig/kg dose of lorglumide did not increase food intake in either single-food or multiple-food meals, suggesting that peripheral endogenous CCK may not play a major role in the control of food intake.

The role of the GABAergic system in the production of ultrasonic vocalization in rats /

Ultrasonic vocalization plays an important role in intraspecies communication for rats. It has been well demonstrated that rats will emit 22kHz vocalization in stressfiil or threatening situations. Although the neural mechanism underlying vocahzation is not well understood, it is known that chohnergic input to the basal forebrain induces such alarm calls. A number of experiments have found that intracerebral injection of carbachol, a predominantly muscarinic agonist, into die anterior hypothalamic/preoptic area (AH/POA) rehably induces vocalization similar to naturally emitted ultrasonic calls. It has also been shown that carbachol has extensive inhibitory effects on neuronal firing in the same area. This result impUes that the inhibitory effects of carbachol in the AH/POA could trigger vocahzation, and that the GABAergic system could be involved. The purpose of this study is to investigate the effects ofGABA agonists and antagonists on flie production of carbachol induced 22kHz vocalization. The following hypotheses were examined: 1) apphcation ofGABA (a naturally occurring inhibitory neurotransmitter) will have a synergistic effect with carbachol, increasing vocalization; and 2) tiie apphcation ofGABA antagonists (picrotoxin or bicuculline) will reduce caibachol-induced vocalization. A total of sixty rats were implanted with stainless steel guide cannulae in the AH/POA area. After recovery, animals were locally pretreated with 1) GABA (l-40ng), 2) picrotoxin (1 .5^g) or bicuculhne (0.03ng), or 3) sahne; before injection with carbachol (1 .5^g). The resulting vocalization was measured and quantitated. The results indicate that pretreatment with GABA or GABA antagonists had no significant effect on vocalization. Local pretreatment with GABA did not potentiate the vocal response as measured by its duration, latraicy, and total number of calls. Similarly, pretreatment with picrotoxin or bicuculline had no effects on the same measures of vocalization. The results suggest tfiat chohnoceptive neurons involved in the production of alarm calls are not under direct GABAergic control.

The role of retinoic acid in long-term memory formation and synaptic plasticity in the mollusc Lymnaea stagnalis

The active metabolite of vitamin A, retinoic acid (RA), is involved in memory formation and hippocampal plasticity in vertebrates. A similar role for retinoid signaling in learning and memory formation has not previously been examined in an invertebrate species. However, the conservation of retinoid signaling between vertebrates and invertebrates is supported by the presence of retinoid signaling machinery in invertebrates. For example, in the mollusc Lymnaea stagnalis the metabolic enzymes and retinoid receptors have been cloned from the CNS. In this study I demonstrated that impairing retinoid signaling in Lymnaea by either inhibiting RALDH activity or using retinoid receptor antagonists, prevented the formation of long-term memory (LTM). However, learning and intermediate-term memory were not affected. An additional finding was that exposure to constant darkness (due to the light-sensitive nature of RA) itself enhanced memory formation. This memory-promoting effect of darkness was sufficient to overcome the inhibitory effects of RALDH inhibition, but not that of a retinoid receptor antagonist, suggesting that environmental light conditions may influence retinoid signaling. Since RA also influences synaptic plasticity underlying hippocampal-dependent memory formation, I also examined whether RA would act in a trophic manner to influence synapse formation and/or synaptic transmission between invertebrate neurons. However, I found no evidence to support an effect of RA on post-tetanic potentiation of a chemical synapse. Retinoic acid did, however, reduce transmission at electrical synapses in a cell-specific manner. Overall, these studies provide the first evidence for a role of RA in the formation of implicit long-term memories in an invertebrate species and suggest that the role of retinoid signaling in memory formation has an ancient origin.

Rôle des Cellules Endothéliales Progénitrices dans la Régulation de la Fonction Plaquettaire

Les Cellules Endothéliales Progénitrices ("Endothelial Progenitor Cells", EPCs) sont des précurseurs endothéliaux qui jouent un rôle émergeant en biologie vasculaire. Les EPCs ont été localisées dans le cordon ombilical, la moelle osseuse, le sang périphérique et dans certains tissus régénérateurs. Les interactions des EPCs avec les cellules sanguines et vasculaires peuvent largement influencer leurs propriétés biologiques et dicter leur fonctionnement pendant la réparation endothéliale. Plus spécifiquement, les interactions des EPCs avec les plaquettes circulantes induisent leur migration, leur recrutement et leur différentiation en cellules endothéliales aux sites de lésions vasculaires. Cependant, l’impact d’une telle interaction sur la fonction plaquettaire n’a pas été recherché. Le but de mon projet était de :1) générer des EPCs à partir des cellules mononucléaires du sang humain périphérique ("Peripheral Blood Mononuclear Cells", PBMCs); 2) étudier les interactions adhésives entre les EPCs et les plaquettes; 3) déterminer leur impact sur la fonction plaquettaire et la formation du thrombus et 4) décrire le mécanisme d’action des EPCs sur les plaquettes et le thrombus. Mises en culture sur une surface de fibronectine dans un milieu conditionné, les PBMCs fraîchement isolées possédaient une morphologie ronde et une petite taille. Après cinq jours, les PBMCs adhérentes donnaient naissance à des colonies, puis formaient une monocouche de cellules aplaties caractéristiques des EPCs après dix jours de culture. Les EPCs différenciées étaient positives pour l’Ulex-lectine et l’Acétyle des lipoprotéines de faible densité ("Acetylated Low Density Lipoprotein", Ac-LDL), exprimaient les marqueurs progéniteurs (CD34, P-sélectine, VEGFR2, vWF et VE-Cadhérine) tandis que les marqueurs leucocytaires (CD14, PSGL-1 et L-sélectine) étaient absents. Ces EPCs interagissaient avec les plaquettes activées par un mécanisme dépendant de la P-sélectine plaquettaire, inhibaient l’activation et l’agrégation plaquettaire et réduisaient significativement l’adhésion plaquettaire, principalement par l’action de prostacycline (PGI2). En fait, ceci était associé avec une augmentation de l’expression de la cyclooxygénase-2 (COX-2) et du monoxyde d’azote (NO) synthéthase inductible (iNOS). Toutefois, les effets inhibiteurs des EPCs sur la fonction plaquettaire ont été renversés par une inhibition de la COX et non pas du NO. Bien que les EPCs fussent en mesure de lier les plaquettes via la P-sélectine, leurs effets prédominants étaient médiés essentiellement par une sécrétion paracrine, impliquant la PGI2. Néanmoins, un rapprochement étroit ou un bref contact entre les EPCs et les plaquettes était requis pour que cette fonction soit complètement réalisée. D’ailleurs, cet aspect a été investigué chez des souris déficientes en P-sélectine (P-sel-/-) et chez leurs congénères de phénotype sauvage (Wild Type, WT). Chez les souris WT, les EPCs inhibaient l’agrégation plaquettaire dans le sang complet de manière concentration-dépendante alors que dans les souris P-sel-/-, l’action des EPCs n’avait pas d’effet significatif. De plus, en utilisant un modèle murin de thrombose artérielle, nous avons démontré que l’infusion systémique des EPCs altéraient la formation du thrombus et réduisaient significativement sa masse chez les souris WT, mais non pas chez les souris P-sel-/-. En outre, le nombre des EPCs incorporées au niveau du thrombus et de la paroi vasculaire était visiblement réduit chez les P-sel-/- par rapport aux souris WT. Dans cette étude, nous sommes parvenus à différentier adéquatement des EPCs à partir des PBMCs, nous avons étudié les interactions adhésives entre les EPCs et les plaquettes, et nous avons décrit leur impact sur la fonction plaquettaire et la formation du thrombus. De plus, nous avons identifié la PGI2 comme étant le principal facteur soluble sécrété par les EPCs en culture et responsable de leurs effets inhibiteurs sur l’activation, l’adhésion et l’agrégation plaquettaire in vitro. De surcroît, nous avons élucidé le mécanisme d’action des EPCs sur l’agrégation plaquettaire et la formation du thrombus, in vivo, et nous avons souligné le rôle de la P-sélectine plaquettaire dans ce processus. Ces résultats ajoutent de nouvelles connaissances sur la biologie des EPCs et définissent leur rôle potentiel dans la régulation de la fonction plaquettaire et la thrombogenèse.

Nanoparticules Chitosane-PEG-FA-ADN pour la thérapie génique non virale et application du gène de l’IL-1Ra dans un modèle expérimental d’arthrite rhumatoïde

La thérapie génique représente l'un des défis de la médecine des prochaines décennies dont la réussite dépend de la capacité d'acheminer l'ADN thérapeutique jusqu'à sa cible. Des structures non virales ont été envisagées, dont le chitosane, polymère cationique qui se combine facilement à l’ADN. Une fois le complexe formé, l’ADN est protégé des nucléases qui le dégradent. Le premier objectif de l'étude est de synthétiser et ensuite évaluer différentes nanoparticules de chitosane et choisir la mieux adaptée pour une efficacité de transfection sélective in vitro dans les cellules carcinomes épidermoïdes (KB). Le deuxième objectif de l'étude est d'examiner in vivo les effets protecteurs du gène de l'IL-1Ra (bloqueur naturel de la cytokine inflammatoire, l’Interleukine-1β) complexé aux nanoparticules de chitosane sélectionnées dans un modèle d'arthrite induite par un adjuvant (AIA) chez le rat. Les nanoparticules varient par le poids moléculaire du chitosane (5, 25 et 50 kDa), et la présence ou l’absence de l’acide folique (FA). Des mesures macroscopiques de l’inflammation seront évaluées ainsi que des mesures de concentrations de l’Interleukine-1β, Prostaglandine E2 et IL-1Ra humaine secrétés dans le sérum. Les nanoparticules Chitosane-ADN en présence de l’acide folique et avec du chitosane de poids moléculaire de 25 kDa, permettent une meilleure transfection in vitro. Les effets protecteurs des nanoparticules contenant le gène thérapeutique étaient évidents suite à la détection de l’IL-1Ra dans le sérum, la baisse d'expressions des facteurs inflammatoires, l’Interleukine-1 et la Prostaglandine-E2 ainsi que la diminution macroscopique de l’inflammation. Le but de cette étude est de développer notre méthode de thérapie génique non virale pour des applications cliniques pour traiter l’arthrite rhumatoïde et d’autres maladies humaines.

Étude des œstrogènes sur la repolarisation cardiaque et de la grossesse sur l’électrocardiographie chez la souris

Le tamoxifène, un modulateur sélectif des récepteurs oestrogéniques, est un médicament largement utilisé depuis plus de vingt ans pour le traitement et la prévention du cancer du sein. Plusieurs études ont rapporté que l’administration aiguë du tamoxifène pouvait réduire certains courants K+ cardiaques. Cette observation suggère que les femmes traitées de façon chronique avec le tamoxifène risquent d’avoir une prolongation de leur intervalle QT, favorisant ainsi le développement de torsades de pointes. Puisque in vivo, le tamoxifène est largement métabolisé et son effet est attribué à celui du 4hydroxy-tamoxifène (4OH-tamoxifène), nous avons d'abord vérifié si les effets du tamoxifène sur la repolarisation pouvaient être dus au 4OH-tamoxifène. À l'aide de la méthode de patch-clamp, nous avons étudié l’effet aigu du 4OH-tamoxifène sur les courants K+ présents au niveau ventriculaire chez la souris femelle. En premier lieu, nous avons démontré que les souris traitées avec le 4OH-tamoxifène présentaient une diminution des courants K+ comparativement aux souris intactes. Fait intéressant, le prétraitement des myocytes avec l’antagoniste des récepteurs oestrogéniques, le ICI 182,780, ou l’inhibiteur de la synthèse protéique, l'actinomycine D, n’a pas modifié les effets du 4OH-tamoxifène. Ces résultats suggéraient que les effets du 4OH-tamoxifène sur les courants potassiques ne soient pas liés à la transcription génomique et n’implique pas les récepteurs aux œstrogènes. Bien que l’administration aiguë du 4OH-tamoxifène diminue les courants K+ cardiaques, l’absence de troubles au niveau du rythme cardiaque chez les femmes traitées à long terme exclu la possibilité de conclure que le traitement chronique avec le tamoxifène augmente la durée de l’intervalle QT. L'accès à des souris femelles et des cobayes nous a permis de démontrer que contrairement au traitement en aigu, les courants et les canaux K+ cardiaques sont augmentés en chronique. Les oestrogènes associés à une diminution des courants K+ d’une part et nos résultats obtenus avec le tamoxifène d’autre part suggèrent qu’en bloquant les récepteurs oestrogéniques, le tamoxifène puisse prévenir les effets inhibiteurs des oestrogènes sur les courants K+. Cette association œstrogènes- tamoxifène- récepteurs oestrogéniques et courants K+ nous a encouragées à approfondir encore nos études et vérifier l’influence des hormones sexuelles féminines sur la repolarisation ventriculaire. Une troisième étude a été ainsi réalisée chez des souris femelles ovariectomisées et des souris déficientes en récepteurs oestrogéniques α ou β afin de vérifier le rôle des oestrogènes et des récepteurs oestrogéniques sur la repolarisation ventriculaire. Nos résultats ont révélé clairement que l’absence des oestrogènes entraîne une augmentation de la densité du courant K+ transitoire indépendant du Ca2+ (Ito) et de l’expression du canal Kv4.3 et ces effets sont médiés par les REα. Ces données soutiennent davantage notre conclusion que l’inhibition des récepteurs oestrogéniques est responsable de l’augmentation des courants/canaux K+ et suggèrent fortement qu’ils jouent un rôle dans la régulation de la repolarisation ventriculaire. Elles soulignent aussi l'importance de vérifier le statut hormonal des animaux utilisés pour des études touchant l'électrophysiologie cardiaque. Dans la dernière partie de cette thèse nous avons vérifié les effets de la grossesse et du système nerveux autonome sur les différents paramètres électrocardiographiques et plus particulièrement sur le rythme cardiaque chez la souris. Nos données ont montré que, comme chez la femme enceinte, la grossesse est associée à une augmentation du rythme cardiaque. De plus, l'augmentation des niveaux des hormones féminines pourrait affecter l’automatisme et l’activité électrique cardiaque. Ces différentes études ont augmenté les connaissances sur la régulation hormonale de l'électrophysiologie cardiaque et aideront aux avancements des recherches chez les femmes.

Bioassay-guided fractionation of Larix laricina du Roi, and antidiabetic potentials of ethanol and hot water extracts of seventeen medicinal plants from the traditional pharmacopeia of the James Bay Cree

Nous avons utilisé une approche ethnobotanique pour identifier des espèces de plantes utilisées par les Cris afin de traiter les symptômes du diabète de type 2. Larix laricina du Roi (L. laricina) a récemment été identifiée comme une des meilleures plantes qui a stimulé le transport de glucose dans les cellules C2C12 et fortement potentialisé la différenciation des 3T3-L1 en indiquant une sensibilité potentiellement accrue à l’insuline. Ensuite, ces études de criblage ont été effectuées sur des extraits éthanolique (EE) en utilisant une série de bioessais in vitro. Cependant, les préparations traditionnelles des plantes sont souvent faites avec l’eau chaude. Le but de cette thèse de doctorat était d’isoler les principes actifs de L. laricina par un fractionnement guidé par l’adipogenèse; d’évaluer et de comparer l’activité et les mécanismes antidiabétiques des EE et des extraits aqueux (HWE) de ces 17 plantes. Pour le fractionnement de L. laricina, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau composé actif cycloartane triterpene, qui a amélioré fortement l’adipogenèse et a été responsable en partie de l’activité adipogénique (potentiellement similaire à l’effet sensibilisateur à l’insuline des glitazone) de l’extrait éthanolique issu de l’écorce de L. laricina. Pour le métabolisme lipidique, nos résultats ont confirmé que 10 parmi les 17 EE ont augmenté la différenciation des adipocytes alors que 2 extraits seulement l’ont inhibée. Les HWE ont montré une faible activité adipogénique ou antiadipogénique. Les EE de R. groenlandicum et K. angustifolia ont le PPAR γ (peroxisome proliferator-activated receptor γ), le SREBP-1 (sterol regulatory element binding protein-1) et le C/EBP (CCAAT-enhancer binding proteins) α, alors que ceux de P. balsamifera et A. incana les ont inhibés. L’effet inhibiteur de P. balsamifera a également été prouvé d’avoir impliqué l’activation de la protéine kinase activée par l’AMP (AMPK). Les EE et HWE de R. groenlandicum ont stimulé les mêmes facteurs de transcription alors que les extraits aqueux d’autres plantes sélectionnées ont perdu ces effets en comparaison avec leurs extraits éthanoliques respectifs. L’analyse phytochimique a également identifié le groupe des espèces actives et inactives, notamment lorsque les espèces ont été séparées par famille de plante. Finalement concernant l’homéostasie de glucose, nos résultats ont confirmé que plusieurs EE ont stimulé le transport de glucose musculaire et inhibé l’activité de la glucose-6-phosphatase (G6Pase) hépatique. Certains des HWE ont partiellement ou complètement perdu ces activités antidiabétiques par rapport aux EE, tandis qu’une seule plante (R.groenlandicum) a juste conservé un potentiel similaire entre les EE et HWE dans les deux essais. Dans les cellules musculaires, les EE de R.groenlandicum, A. incana et S. purpurea ont stimulé le transport de glucose en activant la voie de signalisation de l’AMPK et en augmentant le niveau d’expression des GLUT4. En comparaison avec les EE, les HWE de R.groenlandicum ont montré des activités similaires; les HWE de A. incana ont complètement perdu leur effet sur tous les paramètres étudiés; les HWE de S. purpurea ont activé la voie de l’insuline au lieu de celle de l’AMPK pour augmenter le transport de glucose. Dans les cellules H4IIE, les EE et HWE des 5 plantes ont activé la voie de l’AMPK, et en plus les EE et HWE de 2 plantes ont activé la voie de l’insuline. La quercétine-3-O-galactoside et la quercétine 3-O-α-L-arabinopyranoside ont été identifiées comme des composés ayant un fort potentiel antidiabétique et donc responsables de l'activité biologique des plantes HWE actifs avec le transport du glucose. En conclusion, on a isolé plusieurs composés connus et identifié un nouveau triterpène actif à partir du fractionnement de L. laricina. Nous avons fourni également une preuve directe pour l'évaluation et la comparaison d'une action analogue à l'insuline ou insulino-sensibilisateur des EE et HWE de plantes médicinales Cris au niveau de muscle, de foie et de tissus adipeux. Une partie de leur action peut être liée à la stimulation des voies de signalisation intracellulaire insulino-dépendante et non-insulino-dépendante, ainsi que l’activation de PPARγ. Nos résultats indiquent que les espèces de plantes, les tissus ou les cellules cibles, ainsi que les méthodes d'extraction sont tous des déterminants significatifs de l'activité biologique de plantes médicinales Cris sur le métabolisme glucidique et lipidique.

Rôle de l’enzyme PAS kinase dans la régulation du facteur de transcription PDX-1 dans la cellule bêta pancréatique.

Le diabète de type 2 (DT2) se caractérise par une production insuffisante d'insuline par le pancréas ainsi qu'une résistance des tissus périphériques à l'action de l'insuline. Dans les cellules bêta pancréatiques, le glucose stimule la production de l'insuline en induisant la transcription de son gène et la traduction ainsi que la sécrétion de sa protéine. Paradoxalement, une exposition prolongée et simultanée de ces cellules à de hautes concentrations de glucose en présence d'acides gras conduit à la détérioration de la fonction bêta pancréatique et au développement du DT2. Toutefois, les mécanismes moléculaires responsables de ces effets du glucose ne sont que partiellement connus. L'objectif du travail décrit dans cette thèse est d'identifier les mécanismes responsables de la régulation de la transcription du gène de l'insuline. PDX-1 (de l’anglais pour pancreatic and duodenal homeobox 1) est un facteur de transcription majeur et essentiel tant pour le développement du pancréas que pour le maintien de sa fonction à l'état adulte. En réponse au glucose, PDX-1 se lie au promoteur du gène de l'insuline et induit sa transcription. Ceci est inhibé par l'acide gras palmitate. Dans la première partie des travaux effectués dans le cadre de cette thèse, nous avons identifié deux mécanismes de régulation de la transcription du gène de l'insuline: le premier via ERK1/2 (de l'anglais pour extracellular-signal-regulated protein kinases 1 and 2) et le second par l’enzyme PASK (pour per-arnt-sim kinase). Nous avons également mis en évidence l'existence d'un troisième mécanisme impliquant l'inhibition de l'expression du facteur de transcription MafA par le palmitate. Nos travaux indiquent que la contribution de la signalisation via PASK est majeure. L'expression de PASK est augmentée par le glucose et inhibée par le palmitate. Sa surexpression dans les cellules MIN6 et les îlots isolés de rats, mime les effets du glucose sur l'expression du gène de l'insuline ainsi que sur l'expression de PDX-1 et prévient les effets délétères du palmitate. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons identifié un nouveau mécanisme par lequel PASK augmente la stabilité protéique de PDX-1, soit via la phosphorylation et l'inactivation de la protéine kinase GSK3 bêta (de l'anglais pour glycogen synthase kinase 3 beta). Le glucose induit la translocation de PDX-1 du cytoplasme vers le noyau, ce qui est essentiel à sa liaison au promoteur de ses gènes cibles. L'exclusion nucléaire de PDX-1 a été observée dans plusieurs modèles ex vivo et in vivo de dysfonction de la cellule bêta pancréatique. Dans le dernier volet de cette thèse, nous avons démontré l'importance de l'utilisation de cellules primaires (îlots isolés et dispersés) pour étudier la translocation nucléaire de PDX-1 endogène étant donné que ce mode de régulation est absent dans les lignées insulino-sécrétrices MIN6 et HIT-T15. Ces études nous ont permis d'identifier et de mieux comprendre les mécanismes régulant la transcription du gène de l'insuline via le facteur de transcription PDX-1. Les cibles moléculaires ainsi identifiées pourraient contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques pour le traitement du diabète de type 2. Mots-clés : Diabète, îlots de Langerhans, cellule bêta pancréatique, gène de l'insuline, PDX-1, PASK, GSK3 bêta, ERK1/2, PKB, glucose, palmitate.