Functional differences between two morphologically distinct cell subpopulations within a human colorectal carcinoma cell line

The LISP-I human colorectal adenocarcinoma cell line was isolated from a hepatic metastasis at the Ludwig Institute, São Paulo, SP, Brazil. The objective of the present study was to isolate morphologically different subpopulations within the LISP-I cell line, and characterize some of their behavioral aspects such as adhesion to and migration towards extracellular matrix components, expression of intercellular adhesion molecules and tumorigenicity in vitro. Once isolated, the subpopulations were submitted to adhesion and migration assays on laminin and fibronectin (crucial proteins to invasion and metastasis), as well as to anchorage-independent growth. Two morphologically different subpopulations were isolated: LISP-A10 and LISP-E11. LISP-A10 presents a differentiated epithelial pattern, and LISP-E11 is fibroblastoid, suggesting a poorly differentiated pattern. LISP-A10 expressed the two intercellular adhesion molecules tested, carcinoembryonic antigen (CEA) and desmoglein, while LISP-E11 expressed only low amounts of CEA. On the other hand, adhesion to laminin and fibronectin as well as migration towards these extracellular matrix proteins were higher in LISP-E11, as expected from its poorly differentiated phenotype. Both subpopulations showed anchorage-independent growth on a semi-solid substrate. These results raise the possibility that the heterogeneity found in the LISP-I cell line, which might have contributed to its ability to metastasize, was due to at least two different subpopulations herein identified.

Heparan sulfate and control of cell division: adhesion and proliferation of mutant CHO-745 cells lacking xylosyl transferase

We have examined the role of cell surface glycosaminoglycans in cell division: adhesion and proliferation of Chinese hamster ovary (CHO) cells. We used both wild-type (CHO-K1) cells and a mutant (CHO-745) which is deficient in the synthesis of proteoglycans due to lack of activity of xylosyl transferase. Using different amounts of wild-type and mutant cells, little adhesion was observed in the presence of laminin and type I collagen. However, when fibronectin or vitronectin was used as substrate, there was an enhancement in the adhesion of wild-type and mutant cells. Only CHO-K1 cells showed a time-dependent adhesion on type IV collagen. These results suggest that the two cell lines present different adhesive profiles. Several lines of experimental evidence suggest that heparan sulfate proteoglycans play a role in cell adhesion as positive modulators of cell proliferation and as key participants in the process of cell division. Proliferation and cell cycle assays clearly demonstrate that a decrease in the amount of glycosaminoglycans does not inhibit the proliferation of mutant CHO-745 cells when compared to the wild type CHO-K1, in agreement with the findings that both CHO-K1 and CHO-745 cells take 8 h to enter the S phase.

Thymocyte migration: an affair of multiple cellular interactions?

Cell migration is a crucial event in the general process of thymocyte differentiation. The cellular interactions involved in the control of this migration are beginning to be defined. At least chemokines and extracellular matrix proteins appear to be part of the game. Cells of the thymic microenvironment produce these two groups of molecules, whereas developing thymocytes express the corresponding receptors. Moreover, although chemokines and extracellular matrix can drive thymocyte migration per se, a combined role for these molecules appears to contribute to the resulting migration patterns of thymocytes in their various stages of differentiation. The dynamics of chemokine and extracellular matrix production and degradation is not yet well understood. However, matrix metalloproteinases are likely to play a role in the breakdown of intrathymic extracellular matrix contents. Thus, the physiological migration of thymocytes should be envisioned as a resulting vector of multiple, simultaneous and/or sequential stimuli involving chemokines, adhesive and de-adhesive extracellular matrix proteins, as well as matrix metalloproteinases. Accordingly, it is conceivable that any pathological change in any of these loops may result in the alteration of normal thymocyte migration. This seems to be the case in murine infection by the protozoan parasite Trypanosoma cruzi, the causative agent of Chagas' disease. A better knowledge of the physiological mechanisms governing thymocyte migration will provide new clues for designing therapeutic strategies targeting developing T cells.

Building bone tissue: matrices and scaffolds in physiology and biotechnology

Deposition of bone in physiology involves timed secretion, deposition and removal of a complex array of extracellular matrix proteins which appear in a defined temporal and spatial sequence. Mineralization itself plays a role in dictating and spatially orienting the deposition of matrix. Many aspects of the physiological process are recapitulated in systems of autologous or xenogeneic transplantation of osteogenic precursor cells developed for tissue engineering or modeling. For example, deposition of bone sialoprotein, a member of the small integrin-binding ligand, N-linked glycoprotein family, represents the first step of bone formation in ectopic transplantation systems in vivo. The use of mineralized scaffolds for guiding bone tissue engineering has revealed unexpected manners in which the scaffold and cells interact with each other, so that a complex interplay of integration and disintegration of the scaffold ultimately results in efficient and desirable, although unpredictable, effects. Likewise, the manner in which biomaterial scaffolds are "resorbed" by osteoclasts in vitro and in vivo highlights more complex scenarios than predicted from knowledge of physiological bone resorption per se. Investigation of novel biomaterials for bone engineering represents an essential area for the design of tissue engineering strategies.

Clinical and molecular analysis of human reproductive disorders in Brazilian patients

Several genes that influence the development and function of the hypothalamic-pituitary-gonadal-axis (HPG) have been identified. These genes encode an array of transcription factors, matrix proteins, hormones, receptors, and enzymes that are expressed at multiple levels of the HPG. We report the experience of a single Endocrinology Unit in the identification and characterization of naturally occurring mutations in families affected by HPG disorders, including forms of precocious puberty, hypogonadism and abnormal sexual development due to impaired gonadotropin function. Eight distinct genes implicated in HPG function were studied: KAL, SF1, DAX1, GnRH, GnRHR, FSHß, FSHR, and LHR. Most mutations identified in our cohort are described for the first time in literature. New mutations in SF1, DAX1 and GnRHR genes were identified in three Brazilian patients with hypogonadism. Eight boys with luteinizing hormone- (LH) independent precocious puberty due to testotoxicosis were studied, and all have their LH receptor (LHR) defects elucidated. Among the identified LHR molecular defects, three were new activating mutations. In addition, these mutations were frequently associated with new clinical and hormonal aspects, contributing significantly to the knowledge of the molecular basis of reproductive disorders. In conclusion, the naturally occurring genetic mutations described in the Brazilian families studied provide important insights into the regulation of the HPG.

Disintegrins: integrin selective ligands which activate integrin-coupled signaling and modulate leukocyte functions

Extracellular matrix proteins and cell adhesion receptors (integrins) play essential roles in the regulation of cell adhesion and migration. Interactions of integrins with the extracellular matrix proteins lead to phosphorylation of several intracellular proteins such as focal adhesion kinase, activating different signaling pathways responsible for the regulation of a variety of cell functions, including cytoskeleton mobilization. Once leukocytes are guided to sites of infection, inflammation, or antigen presentation, integrins can participate in the initiation, maintenance, or termination of the immune and inflammatory responses. The modulation of neutrophil activation through integrin-mediated pathways is important in the homeostatic control of the resolution of inflammatory states. In addition, during recirculation, T lymphocyte movement through distinct microenvironments is mediated by integrins, which are critical for cell cycle, differentiation and gene expression. Disintegrins are a family of low-molecular weight, cysteine-rich peptides first identified in snake venom, usually containing an RGD (Arg-Gly-Asp) motif, which confers the ability to selectively bind to integrins, inhibiting integrin-related functions in different cell systems. In this review we show that, depending on the cell type and the microenvironment, disintegrins are able to antagonize the effects of integrins or to act agonistically by activating integrin-mediated signaling. Disintegrins have proven useful as tools to improve the understanding of the molecular events regulated by integrin signaling in leukocytes and prototypes in order to design therapies able to interfere with integrin-mediated effects.

Specific structural features of syndecans and heparan sulfate chains are needed for cell signaling

The syndecans, heparan sulfate proteoglycans, are abundant molecules associated with the cell surface and extracellular matrix and consist of a protein core to which heparan sulfate chains are covalently attached. Each of the syndecan core proteins has a short cytoplasmic domain that binds cytosolic regulatory factors. The syndecans also contain highly conserved transmembrane domains and extracellular domains for which important activities are becoming known. These protein domains locate the syndecan on cell surface sites during development and tumor formation where they interact with other receptors to regulate signaling and cytoskeletal organization. The functions of cell surface heparan sulfate proteoglycan have been centered on the role of heparan sulfate chains, located on the outer side of the cell surface, in the binding of a wide array of ligands, including extracellular matrix proteins and soluble growth factors. More recently, the core proteins of the syndecan family transmembrane proteoglycans have also been shown to be involved in cell signaling through interaction with integrins and tyrosine kinase receptors.

The Structural and Functional Changes of Blood Vessels during Aging

The vascular adventitia is recognized as a dynamic mediator of vascular structure and function, yet its role in aging is not understood. The purpose of this thesis was to examine the age-related changes of the vascular adventitia and determine the underlying mediators responsible. Male Sprague-Dawley rats were aged to 15, 30, 50 and 80 weeks before being anesthetised and euthanized by exsanguination. Thoracic aortas, mesenteric and pudental arteries were isolated, formalin fixed, and embedded in paraffin then sectioned at 5μm. Vessels were examined by microscopy and protein expression was determined by indirect immunofluorescence. The thickness of the adventitia increased dramatically with age. Immunofluorescence revealed a robust expression of endothelin system proteins in the adventitia. Additionally, extracellular matrix proteins collagen and fibronectin, and the proliferation marker Ki67 showed strong adventitial origin. The changes observed in the vascular adventitia with aging clearly demonstrate an important role in the process of vascular aging.

The structural and functional changes of blood vessels during aging

The vascular adventitia is recognized as a dynamic mediator of vascular structure and function, yet its role in aging is not understood. The purpose of this thesis was to examine the age-related changes of the vascular adventitia and determine the underlying mediators responsible. Male Sprague-Dawley rats were aged to 15,30,50 and 80 weeks before being anesthetised and euthanized by exsanguination. Thoracic aortas, mesenteric and pudental arteries were isolated, formalin fixed, and embedded in paraffin then sectioned at 51lm. Vessels were examined by microscopy and protein expression was determined by indirect immunofluorescence. The thickness of the adventitia increased dramatically with age. Immunofluorescence revealed a robust expression of endothelin system proteins in the adventitia. Additionally, extracellular matrix proteins collagen and fibronectin, and the proliferation marker Ki67 showed strong adventitial origin. The changes observed in the vascular adventitia with aging clearly demonstrate an important role in the process of vascular aging.

Interactions protéiques et relation dynamique entre phosphorylation / sumoylation / ubiquitination des protéines TIF1α, β et PML: détection in vivo par BRET

Trois protéines de la famille TRIM (Motif TRIpartite), TIF1α, β (Transcriptional Intermediary Factor 1) et PML (ProMyelocytic Leukaemia¬), font l’objet de cette étude. TIF1α est connu comme un coactivateur des récepteurs nucléaires et TIF1β comme le corépresseur universel des protéines KRAB-multidoigt de zinc dont le prototype étudié ici est ZNF74. PML possède divers rôles dont le plus caractérisé est celui d’être l’organisateur principal et essentiel des PML-NBs (PML-Nuclear Bodies), des macrostructures nucléaires très dynamiques regroupant et coordonnant plus de 40 protéines. Il est à noter que la fonction de TIF1α, β et PML est régulée par une modification post-traductionnelle, la sumoylation, qui implique le couplage covalent de la petite protéine SUMO (Small Ubiquitin like MOdifier) à des lysines de ces trois protéines cibles. Cette thèse propose de développer des méthodes utilisant le BRET (Bioluminescence Resonance Energy Transfert) afin de détecter dans des cellules vivantes et en temps réel des interactions non-covalentes de protéines nucléaires mais aussi leur couplage covalent à SUMO. En effet, le BRET n’a jamais été exploré jusqu’alors pour étudier les interactions non-covalentes et covalentes de protéines nucléaires. L’étude de l’interaction de protéines transcriptionnellement actives est parfois difficile par des méthodes classiques du fait de leur grande propension à agréger (famille TRIM) ou de leur association à la matrice nucléaire (ZNF74). L’homo et l’hétérodimérisation de TIF1α, β ainsi que leur interaction avec ZNF74 sont ici testées sur des protéines entières dans des cellules vivantes de mammifères répondant aux résultats conflictuels de la littérature et démontrant que le BRET peut être avantageusement utilisé comme alternative aux essais plus classiques basés sur la transcription. Du fait de l’hétérodimérisation confirmée de TIF1α et β, le premier article présenté ouvre la possibilité d’une relation étroite entre les récepteurs nucléaires et les protéines KRAB- multidoigt de zinc. Des études précédentes ont démontré que la sumoylation de PML est impliquée dans sa dégradation induite par l’As2O3 et dépendante de RNF4, une E3 ubiquitine ligase ayant pour substrat des chaînes de SUMO (polySUMO). Dans le second article, grâce au développement d’une nouvelle application du BRET pour la détection d’interactions covalentes et non-covalentes avec SUMO (BRETSUMO), nous établissons un nouveau lien entre la sumoylation de PML et sa dégradation. Nous confirmons que le recrutement de RNF4 dépend de SUMO mais démontrons également l’implication du SBD (Sumo Binding Domain) de PML dans sa dégradation induite par l’As2O3 et/ou RNF4. De plus, nous démontrons que des sérines, au sein du SBD de PML, qui sont connues comme des cibles de phosphorylation par la voie de la kinase CK2, régulent les interactions non-covalentes de ce SBD mettant en évidence, pour la première fois, que les interactions avec un SBD peuvent dépendre d’un évènement de phosphorylation (“SBD phospho-switch”). Nos résultats nous amènent à proposer l’hypothèse que le recrutement de PML sumoylé au niveau des PML-NBs via son SBD, favorise le recrutement d’une autre activité E3 ubiquitine ligase, outre celle de RNF4, PML étant lui-même un potentiel candidat. Ceci suggère l’existence d’une nouvelle relation dynamique entre phosphorylation, sumoylation et ubiquitination de PML. Finalement, il est suggéré que PML est dégradé par deux voies différentes dépendantes de l’ubiquitine et du protéasome; la voie de CK2 et la voie de RNF4. Enfin une étude sur la sumoylation de TIF1β est également présentée en annexe. Cette étude caractérise les 6 lysines cibles de SUMO sur TIF1β et démontre que la sumoylation est nécessaire à l’activité répressive de TIF1β mais n’est pas impliquée dans son homodimérisation ou son interaction avec la boîte KRAB. La sumoylation est cependant nécessaire au recrutement d’histones déacétylases, dépendante de son homodimérisation et de l’intégrité du domaine PHD. Alors que l’on ne connaît pas de régulateur physiologique de la sumoylation outre les enzymes directement impliquées dans la machinerie de sumoylation, nous mettons en évidence que la sumoylation de TIF1β est positivement régulée par son interaction avec le domaine KRAB et suggérons que ces facteurs transcriptionnels recrutent TIF1β à l’ADN au niveau de promoteur et augmentent son activité répressive en favorisant sa sumoylation.

Rôle du système rénine-angiotensine intrarénal dans l’hypertension et les dommages rénaux chez les souris transgéniques diabétiques

Plusieurs expériences et études cliniques ont démontré que l’activation du système rénine-angiotensine (RAS) peut induire l’hypertension, un facteur de risque majeur pour les maladies cardiovasculaires et rénales. L’angiotensinogène (Agt) est l’unique substrat du RAS. Cependant, il n’a pas encore été démontré si l’activation du RAS intrarénal peut à elle seule induire des dommages rénaux, indépendamment de l’hypertension systémique, et ainsi jouer un rôle prépondérant dans la progression de la néphropathie diabétique. Afin d’explorer le rôle du RAS intrarénal dans les dommages rénaux, un diabète a été induit par l’injection de streptozotocin chez des souris transgéniques (Tg) surexprimant l’Agt de rat dans les cellules des tubules proximaux du rein (RPTC). Les souris Tg diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS (perindopril et losartan), de l’insuline ou une combinaison des deux pour 4 semaines avant d’être euthanasiées. Pour une autre étude, des souris Tg non-diabétiques ont été traitées soit avec des inhibiteurs du RAS, l’hydralazine (vasodilatateur) ou l’apocynine (inhibiteur de la NADPH oxydase) pour une période de 8 semaines avant l’euthanasie. Des souris non-Tg ont été utilisées comme contrôles. Des cellules immortalisées de tubule proximal de rat (IRPTC) transfectées de manière stable avec un plasmide contenant l’Agt ou un plasmide contrôle ont été employées comme modèle in vitro. Nos résultats ont démontré que les souris Tg présentaient une augmentation significative de la pression systolique, l’albuminurie, l’apoptose des RPTC et l’expression de gènes pro-apoptotiques par rapport aux souris non-Tg. Les mêmes changements ont été observés chez les souris Tg diabétiques par rapport aux souris non-Tg diabétiques. L’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS ont permis d’atténuer ces changements, sauf l’hypertension qui n’était réduite que par les inhibiteurs du RAS. Chez les IRPTC transfectées avec l’Agt in vitro, les hautes concentrations de glucose augmentent l’apoptose et l’activité de la caspase-3 par rapport aux cellules contrôles et l’insuline et/ou les inhibiteurs du RAS empêchent ces augmentations. En plus des changements physiologiques, les RPTC des souris Tg présentent aussi une augmentation significative de la production des espèces réactive de l’oxygène (ROS) et de l’activité de la NADPH oxydase, ainsi qu’une augmentation de l’expression du facteur de croissance transformant-beta 1 (TGF-β1), de l’inhibiteur activateur du plasminogène de type 1 (PAI-1), des protéines de la matrice extracellulaire, du collagène de type IV et de la sousunité p47 de la NADPH oxydase. Le traitement des souris Tg avec l’apocynine et le perindopril a permis d’améliorer tous ces changements, sauf l’hypertension qui n’était pas corrigée par l’apocynine. D’autre part, l’hydralazine a prévenu l’hypertension, sans modifier l’albuminurie, l’apoptose des RPTC ou l’expression des gènes pro-apoptotiques. Ces résultats montrent bien que l’activation du RAS intrarénal et l’hyperglycémie agissent de concert pour induire l’albuminurie et l’apoptose des RPTC, indépendamment de l’hypertension systémique. La génération des ROS via l’activation de la NADPH oxydase induit en partie l’action du RAS intrarénal sur l’apoptose des RPTC, la fibrose tubulo-interstitielle et l’albuminurie chez les souris Tg. D’autre part, une expérience en cours a tenté d’encore mieux délimiter les effets de l’activation du RAS intrarénal, tout en éliminant la néphrotoxicité du STZ. Pour cette étude, les souris Tg surexprimant l’Agt de rat dans leurs RPTC ont été croisées aux souris Ins2Akita, un modèle spontané de diabète de type I, afin de générer des souris Akita-rAgt-Tg. Les résultats préliminaires indiquent que le RAS intrarénal est activé dans les souris Akita et que la combinaison avec l’hyperglycémie induit du stress du réticulum endoplasmique (ER) dans les RPTC in vivo. Le stress du ER contribue à l’apoptose des RPTC observée dans le diabète, à tout le moins dans le modèle Akita. Le traitement avec des inhibiteurs du RAS permet d’atténuer certains des dommanges rénaux observés dans les souris Akita-rAgt-Tg.

L'expression de nestine est associée à l'entrée des cardiomyocytes de rats néonataux dans le cycle cellulaire.

L’infarctus du myocarde est une des conséquences possibles de l’ischémie cardiaque; il se traduit par la mort des cardiomyocytes se situant en aval du blocus coronaire, puis par la formation d’une cicatrice formée essentiellement de dépôts de matrices extracellulaires sécrétées par les myofibroblastes. Nestine est une protéine filamenteuse intermédiaire de classe VI couramment associée à la prolifération et à la migration cellulaire. Chez l’homme et les rongeurs, à la suite d’un infarctus du myocarde, une sous-population de cardiomyocytes localisée à la zone infarcie/péri-infarcie exprimait la forme striée de nestine. Le but principal de cette étude était de déterminer la source cellulaire des cardiomyocytes nestine (+) observée dans le cœur infarci ainsi que le mécanisme de signalisation cellulaire sous-jacent impliqué dans l’expression de nestine. L’utilisation de souris transgénique a révélé que l’augmentation des cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des souris n’était pas attribuable à la différenciation de cellules souches/progénitrices nestine (+) en cardiomyocytes nestine (+). Le traitement des cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux avec l’activateur des protéines kinases C PDBu et l’inhibition concomitante des voies p38 MAPK a mené à l’augmentation du nombre de ces cellules exprimant nestine. De plus, une population importante de cardiomyocytes ventriculaires de rats néonataux a incorporé la bromodéxoxyuridine, signe d’une capacité à réentrer dans le cycle cellulaire et à synthétiser de l’ADN. Sur la base de ces observations, l’apparition de cardiomyocytes nestine (+) dans le cœur infarci des rongeurs et des hommes pourrait possiblement refléter une sous-population de cardiomyocytes en prolifération tentant de régénérer le cœur infarci.

Effect of oxidized low-density lipoprotein on differential gene expression in primary human endothelial cells

Oxidative modification of low-density lipoprotein (LDL) plays an important role in the initiation and progression of atherosclerosis. It has been proposed that the biological action of oxidized LDL (ox-LDL) may be partially attributed to its effect on a shift of the pattern of gene expression in endothelial cells. To examine the transcriptional response to ox-LDL, we applied cDNA array technology to cultured primary human endothelial cells challenged with oxidized human LDL. A twofold or greater difference in the expression of a particular gene was considered a significant difference in transcript abundance. Seventy-eight of the 588 genes analyzed were differentially expressed in response to the treatment. Ox-LDL significantly affected the expression of genes encoding for transcription factors, cell receptors, growth factors, adhesion molecules, extracellular matrix proteins, and enzymes involved in cholesterol metabolism. The alteration of the expression pattern of several genes was substantiated post hoc using RT-PCR. The experimental strategy identified several novel ox-LDL-sensitive genes associated with a "response to injury" providing a conceptual background to be utilized for future studies addressing the molecular basis of the early stages of atherogenesis.

Oxidized alginate hydrogels as niche environments for corneal epithelial cells

Chemical and biochemical modification of hydrogels is one strategy to create physiological constructs that maintain cell function. The aim of this study was to apply oxidised alginate hydrogels as a basis for development of a biomimetic niche for limbal epithelial stem cells that may be applied to treating corneal dysfunction. The stem phenotype of bovine limbal epithelial cells (LEC) and the viability of corneal epithelial cells (CEC) were examined in oxidised alginate gels containing collagen IV over a 3-day culture period. Oxidation increased cell viability (P matrix proteins in alginate gels. These data demonstrate that oxidised alginate gels containing corneal extracellular matrix proteins can influence corneal epithelial cell function in a manner that may impact beneficially on corneal wound healing therapy.

GPVI and CLEC-2

The glycoprotein VI (GPVI)-FcR gamma-chain complex initiates powerful activation of platelets by the subendothelial matrix proteins collagen and laminin, which are exposed following vessel damage. Initiation of platelet activation is through an immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM). C-type lectin receptor 2 (CLEC-2), following engagement by its endogenous ligand, podoplanin, also mediates powerful platelet activation through Src and Syk kinases, but regulates Syk through a novel dimerization mechanism via a single YxxL motif known as a hemITAM. This chapter compares the signaling pathways of both receptors and their role in hemostasis and thrombosis. Platelets are also increasingly implicated in processes beyond hemostasis and thrombosis. One such process is the efficient separation of the lymphatic and blood vasculatures, which is dependent on CLEC-2-mediated platelet activation.