Regulation of sodium transport in the cortical collecting duct : physiological role of GILZ in vitro and in vivo : characterisation of Na+ transport in the mCCDcl1 cell line

SUMMARY Regulation of sodium excretion by the kidney is a key mechanism in the long term regulation of blood pressure, and when altered it constitutes a risk factor for the appearance of arterial hypertension. Aldosterone, which secretion depends upon salt intake in the diet, is a steroid hormone that regulates sodium reabsorption in the distal part of the nephron (functional unit of the kidney) by modulating gene transcription. It has been shown that it can act synergistically with the peptidic hormone insulin through the interaction of their signalisation pathways. Our work consisted of two distinct parts: 1) the in vitro and in vivo characterisation of Glucocorticoid-Induced Leucine Zipper (GILZ) (an aldosterone-induced gene) mechanism of action; 2) the in vitro characterisation of insulin mechanism of action and its interaction with aldosterone. GILZ mRNA, coded by the TSC22D3 gene, is strongly induced by aldosterone in the cell line of principal cells of the cortical collecting duct (CCD) mpkCCDc14, suggesting that GILZ is a mediator of aldosterone response. Co-expression of GILZ and the amiloride-sensitive epithelial sodium channel ENaC in vitro in the Xenopus oocyte expression system showed that GILZ has no direct effect on the ENaC-mediated Na+ current in basal conditions. To define the role of GILZ in the kidney and in other organs (colon, heart, skin, etc.), a conditional knock-out mouse is being produced and will allow the in vivo study of its role. Previous data showed that insulin induced a transepithelial sodium transport at supraphysiological concentrations. Insulin and the insulin-like growth factor 1 (IGF-1) are able to bind to each other receptor with an affinity 50 to 100 times lower than to their cognate receptor. Our starting hypothesis was that the insulin effect observed at these supraphysiological concentrations is actually mediated by the IGF receptor type 1 (IGF-1R). In a new cell line that presents all the characteristics of the principal cells of the CCD (mCCDc11) we have shown that both insulin and IGF-1 induce a physiologically significant increase of Na+ transport through the activation of IGF-1R. Aldosterone and insulin/IGF-1 have an additive effect on Na+ transport, through the activation of the PI3-kinase (PI3-K) pathway and the phosphorylation of the serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) by the IGF-1R, and the induction of Sgk1 expression by aldosterone. Thus, Sgk1 integrates IGF-1/insulin and aldosterone effects. We suggest that IGF-1 is physiologically relevant in the modulation of sodium balance, while insulin can only regulate Na+ transport at supraphysiological conditions. Both hormones would bind to the IGF-1R and induce Na+ transport by activating the PI3-K PDK1/2 - Sgk1 pathway. We have shown for the first time that Sgk1 is expressed and phosphorylated in principal cells of the CCD in basal conditions, although the mechanism that maintains Sgk1 phosphorylation is not known. This new role for IGF-1 suggests that it could be a salt susceptibility gene. In effect, IGF-1 stimulates Na+ and water transport in the kidney in vivo. Moreover, 35 % of the acromegalic patients (overproduction of growth hormone and IGF-1) are hypertensives (higher proportion than in normal population), and genetic analysis suggest a link between the IGF-1 gene locus and blood pressure. RÉSUMÉ La régulation de l'excrétion rénale de sodium (Na+) joue un rôle principal dans le contrôle à long terme de la pression sanguine, et ses altérations constituent un facteur de risque de l'apparition d'une hypertension artérielle. L'aldosterone, dont la sécrétion dépend de l'apport en sel dans la diète, est une hormone stéroïdienne qui régule la réabsorption de Na+ dans la partie distale du nephron (unité fonctionnelle du rein) en contrôlant la transcription de gènes. Elle peut agir de façon synergistique avec l'hormone peptidique insuline, probablement via l'interaction de leurs voies de signalisation cellulaire. Le but de notre travail comportait deux volets: 1) caractériser in vitro et in vivo le mécanisme d'action du Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ) (un gène induit par l'aldosterone); 2) caractériser in vitro le mécanisme d'action de l'insuline et son interaction avec l'aldosterone. L'ARNm de GILZ, codé par le gène TSC22D3, est induit par l'aldosterone dans la lignée cellulaire de cellules principales du tubule collecteur cortical (CCD) mpkCCDc14, suggérant que GILZ est un médiateur potentiel de la réponse à l'aldosterone. La co-expression in vitro de GILZ et du canal à Na+ sensible à l'amiloride ENaC dans le système d'expression de l'oocyte de Xénope a montré que GILZ n'a pas d'effet sur les courants sodiques véhiculées par ENaC en conditions basales. Une souris knock-out conditionnelle de GILZ est en train d'être produite et permettra l'étude in vivo de son rôle dans le rein et d'autres organes. Des expériences préliminaires ont montré que l'insuline induit un transport transépithelial de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. L'insuline et l'insulin-like growth factor 1 (IGF-1) peuvent se lier à leurs récepteurs réciproques avec une affinité 50 à 100 fois moindre qu'à leur propre récepteur. Nous avons donc proposé que l'effet de l'insuline soit médié par le récepteur à l'IGF type 1 (IGF-1R). Dans une nouvelle lignée cellulaire qui présente toutes les caractéristiques des cellules principales du CCD (mCCDc11) nous avons montré que les deux hormones induisent une augmentation physiologiquement significative du transport du Na+ par l'activation des IGF-1 R. Aldosterone et insuline/IGF-1 ont un effet additif sur le transport de Na+, via l'activation de la voie de la PI3-kinase et la phosphorylation de la serum- and glucocorticoid-induced kinase 1 (Sgk1) par l'IGF-1R, dont l'expression est induite par l'aldosterone. Sgk1 intègre les effets de l'insuline et l'aldosterone. Nous proposons que l'IGF-1 joue un rôle dans la modulation physiologique de la balance sodique, tandis que l'insuline régule le transport de Na+ à des concentrations supraphysiologiques. Les deux hormones agissent en se liant à l'IGF-1R et induisent le transport de Na+ en activant la cascade de signalisation PI3-K - PDK1/2 - Sgk1. Nous avons montré pour la première fois que Sgk1 est exprimée et phosphorylée dans des conditions basales dans les cellules principales du CCD, mais le mécanisme qui maintient sa phosphorylation n'est pas connu. Ce nouveau rôle pour l'IGF-1 suggère qu'il pourrait être un gène impliqué de susceptibilité au sel. Aussi, l'IGF-1 stimule le transport rénal de Na+ in vivo. De plus, 35 % des patients atteints d'acromégalie (surproduction d'hormone de croissance et d'IGF-1) sont hypertensifs (prévalence plus élevée que la population normale), et des analyses génétiques suggèrent un lien entre le locus du gène de l'IGF-1 et la pression sanguine. RÉSUMÉ GRAND PUBLIC Nos ancêtres se sont génétiquement adaptés pendant des centaines de millénaires à un environnement pauvre en sel (chlorure de sodium) dans la savane équatoriale, où ils consommaient moins de 0,1 gramme de sel par jour. On a commencé à ajouter du sel aux aliments avec l'apparition de l'agriculture (il y a 5000 à 10000 années), et aujourd'hui une diète omnivore, qui inclut des plats préparés, contient plusieurs fois la quantité de sodium nécessaire pour notre fonction physiologique normale (environ 10 grammes par jour). Le corps garde sa concentration constante dans le sang en s'adaptant à une consommation très variable de sel. Pour ceci, il module son excrétion soit directement, soit en sécrétant des hormones régulatrices. Le rein joue un rôle principal dans cette régulation puisque l'excrétion urinaire de sel change selon la diète et peut aller d'une quantité dérisoire à plus de 36 grammes par jour. L'attention qu'on prête au sel est liée à sa relation avec l'hypertension essentielle. Ainsi, le contrôle rénal de l'excrétion de sodium et d'eau est le principal mécanisme dans la régulation de la pression sanguine, et une ingestion excessive de sel pourrait être l'un des facteurs-clé déclenchant l'apparition d'un phénotype hypertensif. L'hormone aldosterone diminue l'excrétion de sodium par le rein en modulant l'expression de gènes qui pourraient être impliqués dans la sensibilité au sel. Dans une lignée cellulaire de rein l'expression du gène TSC22D3, qui se traduit en la protéine Glucocorticoid Induced Leucine Zipper (GILZ), est fortement induite par l'aldosterone. Ceci suggère que GILZ est un médiateur potentiel de l'effet de l'aldosterone, et pourrait être impliqué dans la sensibilité au sel. Pour analyser la fonction de GILZ dans le rein plusieurs approches ont été utilisées. Par exemple, une souris dans laquelle GILZ est spécifiquement inactivé dans le rein est en train d'être produite et permettra l'étude du rôle de GILZ dans l'organisme. De plus, on a montré que GILZ, en conditions basales, n'a pas d'effet direct sur la protéine transportant le sodium à travers la membrane des cellules, le canal sodique épithélial ENaC. On a aussi essayé de trouver des protéines qui interagissent directement avec GILZ utilisant une technique appelée du « double-hybride dans la levure », mais aucun candidat n'a émergé. Des études ont montré que, à de hautes concentrations, l'insuline peut aussi diminuer l'excrétion de sodium. A ces concentrations, elle peut activer son récepteur spécifique, mais aussi le récepteur d'une autre hormone, l'Insulin-Like Growth Factor 1 (IGF-1). En plus, l'infusion d'IGF-1 augmente la rétention rénale de sodium et d'eau, et des mutations du gène codant pour l'IGF-1 sont liées aux différents niveaux de pression sanguine. On a utilisé une nouvelle lignée cellulaire de rein développée dans notre laboratoire, appelée mCCDc11, pour analyser l'importance relative des deux hormones dans l'induction du transport de sodium. On a montré que les deux hormones induisent une augmentation significative du transport de sodium par l'activation de récepteurs à l'IGF-1 et non du récepteur à l'insuline. On a montré qu'à l'intérieur de la cellule leur activation induit une augmentation du transport sodique par le biais du canal ENaC en modifiant la quantité de phosphates fixés sur la protéine Serumand Glucocorticoid-induced Kinase 1 (Sgk1). On a finalement montré que l'IGF-1 et l'aldosterone ont un effet additif sur le transport de sodium en agissant toutes les deux sur Sgk1, qui intègre leurs effets dans le contrôle du transport de sodium dans le rein.

The peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR) β/δ agonist GW501516 inhibits IL-6-induced signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) activation and insulin resistance in human liver cells.

AIM/HYPOTHESIS: IL-6 induces insulin resistance by activating signal transducer and activator of transcription 3 (STAT3) and upregulating the transcription of its target gene SOCS3. Here we examined whether the peroxisome proliferator-activated receptor (PPAR)β/δ agonist GW501516 prevented activation of the IL-6-STAT3-suppressor of cytokine signalling 3 (SOCS3) pathway and insulin resistance in human hepatic HepG2 cells. METHODS: Studies were conducted with human HepG2 cells and livers from mice null for Pparβ/δ (also known as Ppard) and wild-type mice. RESULTS: GW501516 prevented IL-6-dependent reduction in insulin-stimulated v-akt murine thymoma viral oncogene homologue 1 (AKT) phosphorylation and in IRS-1 and IRS-2 protein levels. In addition, treatment with this drug abolished IL-6-induced STAT3 phosphorylation of Tyr⁷⁰⁵ and Ser⁷²⁷ and prevented the increase in SOCS3 caused by this cytokine. Moreover, GW501516 prevented IL-6-dependent induction of extracellular-related kinase 1/2 (ERK1/2), a serine-threonine protein kinase involved in serine STAT3 phosphorylation; the livers of Pparβ/δ-null mice showed increased Tyr⁷⁰⁵- and Ser⁷²⁷-STAT3 as well as phospho-ERK1/2 levels. Furthermore, drug treatment prevented the IL-6-dependent reduction in phosphorylated AMP-activated protein kinase (AMPK), a kinase reported to inhibit STAT3 phosphorylation on Tyr⁷⁰⁵. In agreement with the recovery in phospho-AMPK levels observed following GW501516 treatment, this drug increased the AMP/ATP ratio and decreased the ATP/ADP ratio. CONCLUSIONS/INTERPRETATION: Overall, our findings show that the PPARβ/δ activator GW501516 prevents IL-6-induced STAT3 activation by inhibiting ERK1/2 phosphorylation and preventing the reduction in phospho-AMPK levels. These effects of GW501516 may contribute to the prevention of cytokine-induced insulin resistance in hepatic cells.

ERK1/2 controls Na,K-ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell of the cortical collecting duct of the mouse kidney.

The collecting duct of normal kidney exhibits significant activity of the MEK1/2-ERK1/2 pathway as shown in vivo by immunostaining of phosphorylated active ERK1/2 (pERK1/2). The MEK1/2-ERK1/2 pathway controls many different ion transports both in proximal and distal nephron, raising the question of whether this pathway is involved in the basal and/or hormone-dependent transepithelial sodium reabsorption in the principal cell of the cortical collecting duct (CCD), a process mediated by the apical epithelial sodium channel and the basolateral sodium pump (Na,K-ATPase). To answer this question we used ex vivo microdissected CCDs from normal mouse kidney or in vitro cultured mpkCCDcl4 principal cells. Significant basal levels of pERK1/2 were observed ex vivo and in vitro. Aldosterone and vasopressin, known to up-regulate sodium reabsorption in CCDs, did not change ERK1/2 activity either ex vivo or in vitro. Basal and aldosterone- or vasopressin-stimulated sodium transport was down-regulated by the MEK1/2 inhibitor PD98059, in parallel with a decrease in pERK1/2 in vitro. The activity of Na,K-ATPase but not that of epithelial sodium channel was inhibited by MEK1/2 inhibitors in both unstimulated and aldosterone- or vasopressin-stimulated CCDs in vitro. Cell surface biotinylation showed that intrinsic activity rather than cell surface expression of Na,K-ATPase was controlled by pERK1/2. PD98059 also significantly inhibited the activity of Na,K-ATPase ex vivo. Our data demonstrate that the ERK1/2 pathway controls Na,K-ATPase activity and transepithelial sodium transport in the principal cell and indicate that basal constitutive activity of the ERK1/2 pathway is a critical component of this control.

Growth promoting signaling by tenascin-C [corrected].

Tenascin-C is an adhesion-modulating extracellular matrix molecule that is highly expressed in tumor stroma and stimulates tumor cell proliferation. Adhesion of T98G glioblastoma cells to a fibronectin substratum is inhibited by tenascin-C. To address the mechanism of action, we performed a RNA expression analysis of T89G cells grown in the presence or absence of tenascin-C and found that tenascin-C down-regulates tropomyosin-1. Upon overexpression of tropomyosin-1, cell spreading on a fibronectin/tenascin-C substratum was restored, indicating that tenascin-C destabilizes actin stress fibers through down-regulation of tropomyosin-1. Tenascin-C also increased the expression of the endothelin receptor type A and stimulated the corresponding mitogen-activated protein kinase signaling pathway, which triggers extracellular signal-regulated kinase 1/2 phosphorylation and c-Fos expression. Tenascin-C additionally caused down-regulation of the Wnt inhibitor Dickkopf 1. In consequence, Wnt signaling was enhanced through stabilization of beta-catenin and stimulated the expression of the beta-catenin target Id2. Finally, our in vivo data derived from astrocytoma tissue arrays link increased tenascin-C and Id2 expression with high malignancy. Because increased endothelin and Wnt signaling, as well as reduced tropomyosin-1 expression, are closely linked to transformation and tumorigenesis, we suggest that tenascin-C specifically modulates these signaling pathways to enhance proliferation of glioma cells.

Role of Mitogen-Activated Protein Kinases in Myocardial Ischemia-Reperfusion Injury during Heart Transplantation.

In solid organ transplantation, ischemia/reperfusion (IR) injury during organ procurement, storage and reperfusion is an unavoidable detrimental event for the graft, as it amplifies graft inflammation and rejection. Intracellular mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathways regulate inflammation and cell survival during IR injury. The four best-characterized MAPK subfamilies are the c-Jun NH2-terminal kinase (JNK), extracellular signal- regulated kinase-1/2 (ERK1/2), p38 MAPK, and big MAPK-1 (BMK1/ERK5). Here, we review the role of MAPK activation during myocardial IR injury as it occurs during heart transplantation. Most of our current knowledge regarding MAPK activation and cardioprotection comes from studies of preconditioning and postconditioning in nontransplanted hearts. JNK and p38 MAPK activation contributes to myocardial IR injury after prolonged hypothermic storage. p38 MAPK inhibition improves cardiac function after cold storage, rewarming and reperfusion. Small-molecule p38 MAPK inhibitors have been tested clinically in patients with chronic inflammatory diseases, but not in transplanted patients, so far. Organ transplantation offers the opportunity of starting a preconditioning treatment before organ procurement or during cold storage, thus modulating early events in IR injury. Future studies will need to evaluate combined strategies including p38 MAPK and/or JNK inhibition, ERK1/2 activation, pre- or postconditioning protocols, new storage solutions, and gentle reperfusion.

RNA interference screening identifies a novel role for PCTK1/CDK16 in medulloblastoma with c-Myc amplification.

Medulloblastoma (MB) is the most common malignant brain tumor in children and is associated with a poor outcome. cMYC amplification characterizes a subgroup of MB with very poor prognosis. However, there exist so far no targeted therapies for the subgroup of MB with cMYC amplification. Here we used kinome-wide RNA interference screening to identify novel kinases that may be targeted to inhibit the proliferation of c-Myc-overexpressing MB. The RNAi screen identified a set of 5 genes that could be targeted to selectively impair the proliferation of c-Myc-overexpressing MB cell lines: AKAP12 (A-kinase anchor protein), CSNK1α1 (casein kinase 1, alpha 1), EPHA7 (EPH receptor A7) and PCTK1 (PCTAIRE protein kinase 1). When using RNAi and a pharmacological inhibitor selective for PCTK1, we could show that this kinase plays a crucial role in the proliferation of MB cell lines and the activation of the mammalian target of rapamycin (mTOR) pathway. In addition, pharmacological PCTK1 inhibition reduced the expression levels of c-Myc. Finally, targeting PCTK1 selectively impaired the tumor growth of c-Myc-overexpressing MB cells in vivo. Together our data uncover a novel and crucial role for PCTK1 in the proliferation and survival of MB characterized by cMYC amplification.

Prostaglandin E2 Prevents Hyperosmolar-Induced Human Mast Cell Activation through Prostanoid Receptors EP2 and EP4.

Background: Mast cells play a critical role in allergic and inflammatory diseases, including exercise-induced bronchoconstriction (EIB) in asthma. The mechanism underlying EIB is probably related to increased airway fluid osmolarity that activates mast cells to the release inflammatory mediators. These mediators then act on bronchial smooth muscle tocause bronchoconstriction. In parallel, protective substances such as prostaglandin E2 (PGE2) are probably also released and could explain the refractory period observed in patients with EIB. Objective: This study aimed to evaluate the protective effect of PGE2 on osmotically activated mast cells, as a model of exercise-induced bronchoconstriction. Methods: We used LAD2, HMC-1, CD34-positive, and human lung mast cell lines. Cells underwent a mannitol challenge, and the effects of PGE2 and prostanoid receptor (EP) antagonists for EP14 were assayed on the activated mast cells. Betahexosaminidase release, protein phosphorylation, and calcium mobilization were assessed. Results: Mannitol both induced mast cell degranulation and activated phosphatidyl inositide 3-kinase and mitogenactivated protein kinase (MAPK) pathways, thereby causing de novo eicosanoid and cytokine synthesis. The addition of PGE2 significantly reduced mannitol-induced degranulation through EP2 and EP4 receptors, as measured by betahexosaminidase release, and consequently calcium influx. Extracellular-signal-regulated kinase 1/2, c-Jun N-terminal kinase,and p38 phosphorylation were diminished when compared with mannitol activation alone. Conclusions: Our data show a protective role for the PGE2 receptors EP2 and EP4 following osmotic changes, through the reduction of human mast cell activity caused by calcium influx impairment and MAP kinase inhibition.

Pp2a: At The Crossroads Between Growth and Defence In Plants

Living organisms manage their resources in well evolutionary-preserved manner to grow and reproduce. Plants are no exceptions, beginning from their seed stage they have to perceive environmental conditions to avoid germination at wrong time or rough soil. Under favourable conditions, plants invest photosynthetic end products in cell and organ growth to provide best possible conditions for generation of offspring. Under natural conditions, however, plants are exposed to a multitude of environmental stress factors, including high light and insufficient light, drought and flooding, various bacteria and viruses, herbivores, and other plants that compete for nutrients and light. To survive under environmental challenges, plants have evolved signaling mechanisms that recognise environmental changes and perform fine-tuned actions that maintain cellular homeostasis. Controlled phosphorylation and dephosphorylation of proteins plays an important role in maintaining balanced flow of information within cells. In this study, I examined the role of protein phosphatase 2A (PP2A) on plant growth and acclimation under optimal and stressful conditions. To this aim, I studied gene expression profiles, proteomes and protein interactions, and their impacts on plant health and survival, taking advantage of the model plant Arabidopsis thaliana and the mutant approach. Special emphasis was made on two highly similar PP2A-B regulatory subunits, B’γ and B’ζ. Promoters of B’γ and B’ζ were found to be similarly active in the developing tissues of the plant. In mature leaves, however, the promoter of B’γ was active in patches in leaf periphery, while the activity of B’ζ promoter was evident in leaf edges. The partially overlapping expression patterns, together with computational models of B’γ and B’ζ within trimeric PP2A holoenzymes suggested that B’γ and B’ζ may competitively bind into similar PP2A trimmers and thus influence each other’s actions. Arabidopsis thaliana pp2a-b’γ and pp2a-b’γζ double mutants showed dwarfish phenotypes, indicating that B’γ and B’ζ are needed for appropriate growth regulation under favorable conditions. However, while pp2a-b’γ displayed constitutive immune responses and appearance of premature yellowings on leaves, the pp2a-b’γζ double mutant supressed these yellowings. More detailed analysis of defense responses revealed that B’γ and B’ζ mediate counteracting effects on salicylic acid dependent defense signalling. Associated with this, B’γ and B’ζ were both found to interact in vivo with CALCIUM DEPENDENT PROTEIN KINASE 1 (CPK1), a crucial element of salicylic acid signalling pathway against pathogens in plants. In addition, B’γ was shown to modulate cellular reactive oxygen species (ROS) metabolism by controlling the abundance of ALTERNATIVE OXIDASE 1A and 1D in mitochondria. PP2A B’γ and B’ζ subunits turned out to play crucial roles in the optimization of plant choices during their development. Taken together, PP2A allows fluent responses to environmental changes, maintenance of plant homeostasis, and grant survivability with minimised cost of redirection of resources from growth to defence.

Reduced pancreatic β-cell mass is associated with decreased FoxO1 and Erk1/2 protein phosphorylation in low-protein malnourished rats

A low-protein diet leads to functional and structural pancreatic islet alterations, including islet hypotrophy. Insulin-signaling pathways are involved in several adaptive responses by pancreatic islets. We determined the levels of some insulin-signaling proteins related to pancreatic islet function and growth in malnourished rats. Adult male Wistar rats (N = 20 per group) were fed a 17% protein (normal-protein diet; NP) or 6% protein (low-protein diet; LP), for 8 weeks. At the end of this period, blood glucose and serum insulin and albumin levels were measured. The morphometric parameters of the endocrine pancreas and the content of some proteins in islet lysates were determined. The β-cell mass was significantly reduced (≅65%) in normoglycemic but hypoinsulinemic LP rats compared to NP rats. Associated with these alterations, a significant 30% reduction in insulin receptor substrate-1 and a 70% increase in insulin receptor substrate-2 protein content were observed in LP islets compared to NP islets. The phosphorylated serine-threonine protein kinase (pAkt)/Akt protein ratio was similar in LP and NP islets. The phosphorylated forkhead-O1 (pFoxO1)/FoxO1 protein ratio was decreased by 43% in LP islets compared to NP islets (P < 0.05). Finally, the ratio of phosphorylated-extracellular signal-related kinase 1/2 (pErk1/2) to total Erk1/2 protein levels was decreased by 71% in LP islets compared to NP islets (P < 0.05). Therefore, the reduced β-cell mass observed in LP rats is associated with the reduction of phosphorylation in mitogenic-related signals, FoxO1 and Erk proteins. The cause/effect basis of this association remains to be determined.

Mechanisms of RON-mediated epithelial-mesenchymal transition in MDCK cells through the MAPK pathway

The epithelial-mesenchymal transition (EMT) is involved in neoplastic metastasis, and the RON protein may be involved. In the present study, we determined the role and the mechanisms of action of RON in EMT in Madin-Darby canine kidney (MDCK) cells by Western blot and cell migration analysis. Activation of RON by macrophage stimulating protein (MSP) results in cell migration and initiates changes in the morphology of RON-cDNA-transfected MDCK cells. The absence of E-cadherin, the presence of vimentin and an increase in Snail were observed in RE7 cells, which were derived from MDCK cells transfected with wt-RON, compared with MDCK cells. Stimulation of RE7 cells with MSP resulted in increased migration (about 69% of the wounded areas were covered) as well as increased activation of extracellular signal-regulated kinase 1/2 (Erk1/2) and glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β; the percent of the activation ratio was 143.6/599.8% and 512.4%, respectively), which could be inhibited with an individual chemical inhibitor PD98059 (50 μM) specific to MAPK/ERK kinase (the percent inhibition was 98.9 and 81.2%, respectively). Thus, the results indicated that RON protein could mediate EMT in MDCK cells via the Erk1/2 pathway. Furthermore, GSK-3β regulates the function of Snail in controlling EMT by this pathway.

Adrenomedullin and adrenotensin regulate collagen synthesis and proliferation in pulmonary arterial smooth muscle cells

To understand the pathophysiological mechanisms of pulmonary arterial smooth muscle cell (PASMC) proliferation and extracellular-matrix accumulation in the development of pulmonary hypertension and remodeling, this study determined the effects of different doses of adrenomedullin (ADM) and adrenotensin (ADT) on PASMC proliferation and collagen synthesis. The objective was to investigate whether extracellular signal-regulated kinase (ERK1/2) signaling was involved in ADM- and ADT-stimulated proliferation of PASMCs in 4-week-old male Wistar rats (body weight: 100-150 g, n=10). The proliferation of PASMCs was examined by 5-bromo-2-deoxyuridine incorporation. A cell growth curve was generated by the Cell Counting Kit-8 method. Expression of collagen I, collagen III, and phosphorylated ERK1/2 (p-ERK1/2) was evaluated by immunofluorescence. The effects of different concentrations of ADM and ADT on collagen I, collagen III, and p-ERK1/2 protein expression were determined by immunoblotting. We also investigated the effect of PD98059 inhibition on the expression of p-ERK1/2 protein by immunoblotting. ADM dose-dependently decreased cell proliferation, whereas ADT dose-dependently increased it; and ADM and ADT inhibited each other with respect to their effects on the proliferation of PASMCs. Consistent with these results, the expression of collagen I, collagen III, and p-ERK1/2 in rat PASMCs decreased after exposure to ADM but was upregulated after exposure to ADT. PD98059 significantly inhibited the downregulation by ADM and the upregulation by ADT of p-ERK1/2 expression. We conclude that ADM inhibited, and ADT stimulated, ERK1/2 signaling in rat PASMCs to regulate cell proliferation and collagen expression.

Rôle de la protéine ScFRK1 dans le développement du sac embryonnaire et son impact sur le guidage des tubes polliniques

Le gène Solanum chacoense Fertilization-Related Kinase 1 (ScFRK1) code pour une protéine de la famille des MAPKK kinases exprimée spécifiquement dans les ovules. Son transcrit s’accumule principalement dans la zone micropylaire du sac embryonnaire à l’anthèse et diminue rapidement après pollinisation. Ces résultats suggèrent un rôle possible avant ou pendant la fécondation. Bien qu'aucune expression ne soit détectée dans le pollen à maturité, la protéine est cependant présente dans les cellules mères de microspores. Des plantes transgéniques sous-exprimant ScFRK1 ne montrent aucun phénotype au niveau des tissus végétatifs, mais présentent de petits fruits dépourvus de graines. L’étude microscopique du gamétophyte femelle révèle que son développement ne progresse pas au-delà du stade de la mégaspore fonctionnelle et une grande proportion de sacs embryonnaires anormaux est corrélée avec une faible expression de ScFRK1. De plus, la production de pollen viable diminue en fonction de la baisse des niveaux d’expression du gène, ce qui pourrait s’expliquer par un problème au cours de la mitose I. Puisque l’intégrité du sac embryonnaire est essentielle au guidage des tubes polliniques, nous avons conçu un système de guidage semi-in vivo permettant d’évaluer la capacité des ovules du mutant ScFRK1 à les attirer. L’attraction est sévèrement affectée dans de telles conditions, ce qui confirme l'implication des cellules de la zone micropylaire comme source attractive. Notre système nous a également permis de démontrer que le guidage est très spécifique à l’espèce et que cette attraction constitue un mécanisme important favorisant la spéciation et la maintenance des barrières interspécifiques dans la reproduction sexuée des végétaux.

Rôles des kinases IKK et IKK-related dans les maladies inflammatoires chroniques : implications dans l’athérosclérose et la réponse hypoxique

L’inflammation est un procédé complexe qui vise l’élimination de l’agent causal de dommages tissulaires en vue de faciliter la réparation du tissu affecté. La persistance de l’agent causal ou l’incapacité à résoudre l’inflammation mène à un dérèglement homéostatique chronique qui peut avoir une incidence sur la morbidité et la mortalité. L’athérosclérose est une condition inflammatoire chronique des vaisseaux sanguins dont l’origine est multifactorielle. L’hypertension et l’état infectieux représentent respectivement des facteurs de risque classiques et émergents du développement de cette maladie. Les fondements initiaux de l’inflammation font intervenir l’immunité innée, la première ligne de défense dont disposent les cellules pour répondre à un signal de danger. Le but de cette thèse est d’examiner le rôle pro-inflammatoire d’une famille de kinases essentielles à l’immunité innée, soit celle des kinases de IkappaB (IKK) et des kinases IKK-related. Les kinases IKKalpha et IKKbeta forment le complexe IKK avec la molécule adaptatrice NEMO/IKKgamma. Ce complexe est chargé d’effectuer la phosphorylation de l’inhibiteur de NF-kappaB, IkappaBalpha, ce qui mène à sa dégradation et à la libération du facteur de transcription NF-kappaB. Nous montrons que le peptide vasoactif angiotensine II (AngII) induit l’activité phosphotransférase d’IKKbeta dans les VSMC par immunoprécipitation de NEMO puis essai kinase in vitro. Grâce à une approche ARN interférence (ARNi) dirigée contre IKK, nous montrons que cette kinase est responsable de la phosphorylation de p65/RelA. Nous montrons que le mécanisme d’induction de NF-kappaB par l’AngII est atypique, puisqu’il ne module pas IkappaBalpha, et montrons à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques que l’activation de p65 est indépendante des voies MEK-ERK-RSK, PI3K et de la transactivation du récepteur de l’EGF. Les kinases IKK-related Tank-binding kinase 1 (TBK1) et IKK-i sont quant à elles principalement activées suite à une infection bactérienne ou virale. Ces kinases phosphorylent directement le facteur de transcription interferon regulatory factor (IRF)-3. Nous montrons que le cytomégalovirus humain, un pathogène associé à l’athérosclérose, a la capacité d’induire l’activation de TBK1 dans les VSMC. L’usage d’ARNi dirigé contre TBK1 et IKKi montre que les 2 kinases sont impliquées dans l’activation d’IRF-3. De plus, nous montrons à l’aide d’une lignée de VSMC exprimant une version dominante négative d’IRF-3 que ce dernier est essentiel à la synthèse des chimiokines RANTES et IP-10, tel qu’analysé par RT-PCR. Par ailleurs, il a récemment été montré que les kinases IKK-related étaient étroitement liées à la transformation oncogénique, et que TBK1 était pro-angiogénique. Or, l’angiogenèse est le plus souvent modulée par la réponse hypoxique qui est d’ailleurs commune à la majorité des processus inflammatoires. Le facteur de transcription hypoxia inducible factor (HIF)-1 module l’angiogenèse, l’inflammation et la survie cellulaire. Nous montrons à l’aide de cellules Tbk1 et Ikbke -/- et d’une approche lentivirale que TBK1 est spécifiquement impliquée dans l’induction traductionnelle de HIF-1alpha en condition de stress hypoxique. L’expression de TBK1 est induite sous ces conditions, et cette kinase module la phosphorylation de ERK, RSK, Akt et TSC1. Les résultats originaux présentés dans cette thèse montrent donc que les kinases IKK et IKK-related exercent leurs actions pro-inflammatoires par des mécanismes distincts.

Caractérisation fonctionnelle chez le poisson zèbre de l'isoforme protéique WNK1/HSN2 mutée dans la neuropathie héréditaire sensitive et autonome de type 2

La neuropathie humaine sensitive et autonome de type 2 (NHSA 2) est une pathologie héréditaire rare caractérisée par une apparition précoce des symptômes et une absence d’affectation motrice. Cette pathologie entraîne la perte de perception de la douleur, de la chaleur et du froid ainsi que de la pression (toucher) dans les membres supérieurs et inférieurs et est due à des mutations autosomales récessives confinées à l’exon HSN2 de la protéine kinase à sérine/thréonine WNK1 (with-no-lysine protein kinase 1). Cet exon spécifique permettrait de conférer une spécificité au système nerveux à l’isoforme protéique WNK1/HSN2. La kinase WNK1 est étudiée en détails, en particulier au niveau du rein, mais son rôle au sein du système nerveux demeure inconnu. Considérant le début précoce de la neuropathie et le manque d’innervation sensorielle révélé par des biopsies chez les patients NHSA2, notre hypothèse de recherche est que les mutations tronquantes menant à la NHSA de type 2 causent une perte de fonction de l’isoforme WNK1/HSN2 spécifique au système nerveux entraînant un défaut dans le développement du système nerveux sensoriel périphérique. Chez l’embryon du poisson zèbre, WNK1/HSN2 est exprimé au niveau des neuromastes de la ligne latérale postérieure, un système mécanosensoriel périphérique. Nous avons obtenu des embryons knockdown pour WNK1/HSN2 par usage d’oligonucléotides morpholino antisens (AMO). Nos trois approches AMO ont révélé des embryons présentant des défauts d’établissement au niveau de la ligne latérale postérieure. Afin de déterminer la voie pathogène impliquant l’isoforme WNK1/HSN2, nous nous sommes intéressés à l’interaction rapportée entre la kinase WNK1 et le co-transporteur neuronal KCC2. Ce dernier est une cible de phosphorylation de WNK1 et son rôle dans la promotion de la neurogenèse est bien connu. Nous avons détecté l’expression de KCC2 au niveau de neuromastes de la ligne latérale postérieure et observé une expression accrue de KCC2 chez les embryons knockdown pour WNK1/HSN2 à l’aide de RT-PCR semi-quantitative. De plus, une sur-expression d’ARN humain de KCC2 chez des embryons a produit des défauts dans la ligne latérale postérieure, phénocopiant le knockdown de WNK1/HSN2. Ces résultats furent validés par un double knockdown, produisant des embryons n’exprimant ni KCC2, ni WNK1/HSN2, dont le phénotype fut atténué. Ces résultats nous mènent à suggérer une voie de signalisation où WNK1/HSN2 est en amont de KCC2, régulant son activation, et possiblement son expression. Nous proposons donc que la perte de fonction de l’isoforme spécifique cause un débalancement dans les niveaux de KCC2 activée, menant à une prolifération et une différenciation réduites des progéniteurs neuronaux du système nerveux périphérique. Les défauts associés à la NHSA de type 2 seraient donc de nature développementale et non neurodégénérative.

Novel molecular mechanisms of neuronal and vascular protection in experimental glaucoma

Le glaucome est la deuxième cause de cécité irréversible dans le monde. La perte de vision qui se produit lors du glaucome s’explique par une dégénérescence du nerf optique et une mort progressive et sélective des cellules ganglionnaires de la rétine (CRG). L'hypertension oculaire est un facteur de risque majeur dans le glaucome, mais des défauts du champ visuel continuent à se développer chez un contingent de patients malgré l'administration de médicaments qui abaissent la pression intraoculaire (PIO). Par conséquent, bien que la PIO représente le seul facteur de risque modifiable dans le développement du glaucome, son contrôle ne suffit pas à protéger les CRGs et préserver la fonction visuelle chez de nombreux patients. Dans ce contexte, j'ai avancé l'hypothèse centrale voulant que les stratégies de traitement du glaucome visant à promouvoir la protection structurale et fonctionnelle des CRGs doivent agir sur les mécanismes moléculaires qui conduisent à la mort des ces neurones. Dans la première partie de ma thèse, j'ai caractérisé l'effet neuroprotecteur de la galantamine, un inhibiteur de l'acétylcholinestérase qui est utilisé cliniquement dans le traitement de la maladie d'Alzheimer. Cette étude s’est basée sur l'hypothèse que la galantamine, en modulant l'activité du récepteur de l'acétylcholine, puisse améliorer la survie des CRGs lors du glaucome. Nous avons utilisé un modèle expérimental bien caractérisé d'hypertension oculaire induite par l’administration d'une solution saline hypertonique dans une veine épisclérale de rats Brown Norway. Les résultats de cette étude (Almasieh et al. Cell Death and Disease, 2010) ont démontré que l'administration quotidienne de galantamine améliore de manière significative la survie des corps cellulaires et des axones CRGs. La protection structurelle des CRGs s’accompagne d’une préservation remarquable de la fonction visuelle, évaluée par l'enregistrement des potentiels évoqués visuels (PEV) dans le collicule supérieur, la cible principale des CRGs chez le rongeur. Une autre constatation intéressante de cette étude est la perte substantielle de capillaires rétiniens et la réduction du débit sanguin associé à la perte des CRGs dans le glaucome expérimental. Il est très intéressant que la galantamine ait également favorisé la protection de la microvascularisation et amélioré le débit sanguin rétinien des animaux glaucomateux (Almasieh et al. en préparation). J'ai notamment démontré que les neuro-et vasoprotections médiées par la galantamine se produisent par iv l'activation des récepteurs muscariniques de l'acétylcholine. Dans la deuxième partie de ma thèse, j'ai étudié le rôle du stress oxydatif ainsi que l'utilisation de composés réducteurs pour tester l'hypothèse que le blocage d'une augmentation de superoxyde puisse retarder la mort des CRG lors du glaucome expérimental. J'ai profité d'un composé novateur, un antioxydant à base de phosphineborane (PB1), pour tester sur son effet neuroprotecteur et examiner son mécanisme d'action dans le glaucome expérimental. Les données démontrent que l'administration intraoculaire de PB1 entraîne une protection significative des corps cellulaire et axones des CRGs. Les voies moléculaires conduisant à la survie neuronale médiée par PB1 ont été explorées en déterminant la cascade de signalisation apoptotique en cause. Les résultats démontrent que la survie des CRGs médiée par PB1 ne dépend pas d’une inhibition de signalisation de protéines kinases activées par le stress, y compris ASK1, JNK ou p38. Par contre, PB1 induit une augmentation marquée des niveaux rétiniens de BDNF et une activation en aval de la voie de survie des ERK1 / 2 (Almasieh et al. Journal of Neurochemistry, 2011). En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse contribuent à une meilleure compréhension des mécanismes pathologiques qui conduisent à la perte de CRGs dans le glaucome et pourraient fournir des pistes pour la conception de nouvelles stratégies neuroprotectrices et vasoprotectrices pour le traitement et la gestion de cette maladie.