Regulation of catecholamine release and tyrosine hydroxylase in human adrenal chromaffin cells by interleukin-1beta: role of neuropeptide Y and nitric oxide.

Adrenal chromaffin cells synthesize and secrete catecholamines and neuropeptides that may regulate hormonal and paracrine signaling in stress and also during inflammation. The aim of our work was to study the role of the cytokine interleukin-1beta (IL-1beta) on catecholamine release and synthesis from primary cell cultures of human adrenal chromaffin cells. The effect of IL-1beta on neuropeptide Y (NPY) release and the intracellular pathways involved in catecholamine release evoked by IL-1beta and NPY were also investigated. We observed that IL-1beta increases the release of NPY, norepinephrine (NE), and epinephrine (EP) from human chromaffin cells. Moreover, the immunoneutralization of released NPY inhibits catecholamine release evoked by IL-1beta. Moreover, IL-1beta regulates catecholamine synthesis as the inhibition of tyrosine hydroxylase decreases IL-1beta-evoked catecholamine release and the cytokine induces tyrosine hydroxylase Ser40 phosphorylation. Moreover, IL-1beta induces catecholamine release by a mitogen-activated protein kinase (MAPK)-dependent mechanism, and by nitric oxide synthase activation. Furthermore, MAPK, protein kinase C (PKC), protein kinase A (PKA), and nitric oxide (NO) production are involved in catecholamine release evoked by NPY. Using human chromaffin cells, our data suggest that IL-1beta, NPY, and nitric oxide (NO) may contribute to a regulatory loop between the immune and the adrenal systems, and this is relevant in pathological conditions such as infection, trauma, stress, or in hypertension.

Activity-dependent phosphorylation of SNAP-25 in hippocampal organotypic cultures.

Synaptosomal-associated protein of 25 kDa (SNAP-25) is thought to play a key role in vesicle exocytosis and in the control of transmitter release. However, the precise mechanisms of action as well as the regulation of SNAP-25 remain unclear. Here we show by immunoprecipitation that activation of protein kinase C (PKC) by phorbol esters results in an increase in SNAP-25 phosphorylation. In addition, immunochemical analysis of two-dimensional sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis gels shows that SNAP-25 focuses as three or four distinct spots in the expected range of molecular weight and isoelectric point. Changing the phosphorylation level of the protein by incubating the slices in the presence of either a PKC agonist (phorbol 12,13-dibutyrate) or antagonist (chelerythrine) modified the distribution of SNAP-25 among these spots. Phorbol 12,13-dibutyrate increased the intensity of the spots with higher molecular weight and lower isoelectric point, whereas chelerythrine produced the opposite effect. This effect was specific for regulators of PKC, as agonists of other kinases did not produce similar changes. Induction of long-term potentiation, a property involved in learning mechanisms, and production of seizures with a GABA(A) receptor antagonist also increased the intensity of the spots with higher molecular weight and lower isoelectric point. This effect was prevented by the PKC inhibitor chelerythrine. We conclude that SNAP-25 can be phosphorylated in situ by PKC in an activity-dependent manner.

Oncogenic K-Ras segregates at spatially distinct plasma membrane signaling platforms according to its phosphorylation status

Activating mutations in the K-Ras small GTPase are extensively found in human tumors. Although these mutations induce the generation of a constitutively GTP-loaded, active form of K-Ras, phosphorylation at Ser181 within the C-terminal hypervariable region can modulate oncogenic K-Ras function without affecting the in vitro affinity for its effector Raf-1. In striking contrast, K-Ras phosphorylated at Ser181 shows increased interaction in cells with the active form of Raf-1 and with p110α, the catalytic subunit of PI 3-kinase. Because the majority of phosphorylated K-Ras is located at the plasma membrane, different localization within this membrane according to the phosphorylation status was explored. Density-gradient fractionation of the plasma membrane in the absence of detergents showed segregation of K-Ras mutants that carry a phosphomimetic or unphosphorylatable serine residue (S181D or S181A, respectively). Moreover, statistical analysis of immunoelectron microscopy showed that both phosphorylation mutants form distinct nanoclusters that do not overlap. Finally, induction of oncogenic K-Ras phosphorylation - by activation of protein kinase C (PKC) - increased its co-clustering with the phosphomimetic K-Ras mutant, whereas (when PKC is inhibited) non-phosphorylated oncogenic K-Ras clusters with the non-phosphorylatable K-Ras mutant. Most interestingly, PI 3-kinase (p110α) was found in phosphorylated K-Ras nanoclusters but not in non-phosphorylated K-Ras nanoclusters. In conclusion, our data provide - for the first time - evidence that PKC-dependent phosphorylation of oncogenic K-Ras induced its segregation in spatially distinct nanoclusters at the plasma membrane that, in turn, favor activation of Raf-1 and PI 3-kinase.

Anchor or Accelerate – A Study on Cancer Cell Adhesion and Motility

Cell migration and adhesion to the extracellular matrix (ECM) are crucial in many biological and pathological processes such as morphogenesis, tissue repair, inflammatory responses, survival, and cancer. Cell-matrix adhesion is mediated by the integrin family of transmembrane receptors, which not only anchor cells to their surroundings, but also transmit bidirectional signalling at the cell surface and couple the ECM to the cytoskeleton. Another group of adhesion receptors are the syndecan proteoglycans, which engage the ECM and possess signalling activity in response to a variety of ligands. Cell migration is a complex process that requires spatial and temporal coordination of adhesion, cell contractility, intracellular traffic of integrins, and matrix turnover by matrix metalloproteinases (MMPs). Thus, integrins and syndecans, as well as MMPs, play essential roles in cancer cell migration and invasion. The understanding of the cooperation of syndecans and integrins was broadened in this thesis study. The results reveal that syndecan-1 functions in concert with 21 integrin in cell adhesion to collagen, whereas syndecan-4 is essential in 21 integrin-mediated matrix contraction. Finally, oncogenic K-Ras was shown to regulate 21 integrin, membrane-type 1 MMP, and syndecan-1 and -4 expression and their cooperation in cell invasion. Epithelial-mesenchymal transition (EMT) is fundamental during embryogenesis and organ development. Activation of EMT processes, including the upregulation of mesenchymal intermediate filament protein vimentin, has also been implicated in the acquisition of a malignant phenotype by epithelial cancer cells. Members of the protein kinase C (PKC) superfamily are involved in cell migration and various integrindependent cellular functions. One aim of this work was to shed light on the role of vimentin in the regulation of integrin traffic and cell motility. In addition, the mechanism by which vimentin participates in EMT was investigated. The results show that integrin recycling and motility are dependent on the PKC–mediated phosphorylation of vimentin. In addition, vimentin was found to be a positive regulator of EMT and regulate the expression of several migratory genes. Specifically, vimentin governs the expression of receptor tyrosine kinase Axl, which is implicated in tumour growth and metastasis. Taken together, the findings described in this thesis reveal novel aspects of the complex interplay between distinct cellular components: integrins, syndecans, and the vimentin cytoskeleton, which all contribute to the regulation of human cancer cell adhesion, migration, and invasion.

Effects of sciatic-conditioned medium on neonatal rat retinal cells in vitro

Schwann cells produce and release trophic factors that induce the regeneration and survival of neurons following lesions in the peripheral nerves. In the present study we examined the in vitro ability of developing rat retinal cells to respond to factors released from fragments of sciatic nerve. Treatment of neonatal rat retinal cells with sciatic-conditioned medium (SCM) for 48 h induced an increase of 92.5 ± 8.8% (N = 7 for each group) in the amount of total protein. SCM increased cell adhesion, neuronal survival and glial cell proliferation as evaluated by morphological criteria. This effect was completely blocked by 2.5 µM chelerythrine chloride, an inhibitor of protein kinase C (PKC). These data indicate that PKC activation is involved in the effect of SCM on retinal cells and demonstrate that fragments of sciatic nerve release trophic factors having a remarkable effect on neonatal rat retinal cells in culture.

Modulation of rhodopsin gene expression and signaling mechanisms evoked by endothelins in goldfish and murine pigment cell lines

Endothelins (ETs) and sarafotoxins (SRTXs) belong to a family of vasoconstrictor peptides, which regulate pigment migration and/or production in vertebrate pigment cells. The teleost Carassius auratus erythrophoroma cell line, GEM-81, and Mus musculus B16 melanocytes express rhodopsin, as well as the ET receptors, ETB and ETA, respectively. Both cell lines are photoresponsive, and respond to light with a decreased proliferation rate. For B16, the doubling time of cells kept in 14-h light (14L):10-h darkness (10D) was higher compared to 10L:14D, or to DD. The doubling time of cells kept in 10L:14D was also higher compared to DD. Using real-time PCR, we demonstrated that SRTX S6c (12-h treatment, 100 pM and 1 nM; 24-h treatment, 1 nM) and ET-1 (12-h treatment, 10 and 100 pM; 24- and 48-h treatments, 100 pM) increased rhodopsin mRNA levels in GEM-81 and B16 cells, respectively. This modulation involves protein kinase C (PKC) and the mitogen-activated protein kinase cascade in GEM-81 cells, and phospholipase C, Ca2+, calmodulin, a Ca2+/calmodulin-dependent kinase, and PKC in B16 cells. Cells were kept under constant darkness throughout the gene expression experiments. These results show that rhodopsin mRNA levels can be modulated by SRTXs/ETs in vertebrate pigment cells. It is possible that SRTX S6c binding to the ETB receptors in GEM-81 cells, and ET-1 binding to ETA receptors in B16 melanocytes, although activating diverse intracellular signaling mechanisms, mobilize transcription factors such as c-Fos, c-Jun, c-Myc, and neural retina leucine zipper protein. These activated transcription factors may be involved in the positive regulation of rhodopsin mRNA levels in these cell lines.

The role of cyclic nucleotides in modulation of crayfish neuromuscular junctions by a neuropeptide /

DF2, a heptapeptide, is a member of the family of FMRFamide-like peptides and has been shown to increase the amount of transmitter released at neuromuscular junctions of the crayfish, Procambarus clarkit Recent evidence has shown that protein kinase C (PKC), calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) and the cAMPdependent protein kinase (PKA) play a role in the neuromodulatory pathway of DF2. The involvement of these kinases led to the prediction that a G-protein-coupled receptor (GPCR) is activated by DF2 due to the role that each kinase plays in traditional GPCR pathways seen in other organisms and in other cells. G-proteins can also act on an enzyme that generates cyclic guanosine monophosphate (cGMP) which mediates its effects through a cGMP-dependent protein kinase (PKG). This thesis addresses the question of whether or not DF2's effects on synaptic transmission in crayfish are mediated by the cyclic nucleotides cAMP and cGMP. The effects of DF2 on synaptic transmission were examined using deep abdominal extensor muscles of the crayfish Procambarus clarkii. An identified motor neuron was stimulated, and excitatory post-synaptic potentials (EPSPs) were recorded in abdominal extensor muscle LI . A number of activators and inhibitors were used to determine whether or not cAMP, PKA, cGMP and PKG mediate the effect of this peptide. Chemicals that are known to activate PKA (Sp-cAMPS) and/or PKG (8-pCPTcGMP) mimic and potentiate DF2's effect by increasing EPSP amplitude. Inhibitors of either PKA (Rp-cAMPS) or PKG (Rp-8-pCPT-cGMPS) block a portion of the increase in EPSP amplitude induced by the peptide. When both kinase inhibitors are applied simultaneously, the entire effect of DF2 on EPSPs is blocked. The PKG inhibitor blocks the effects of a PKG activator but does not alter the effect of a PKA activator on EPSP amplitude. Thus, the PKG inhibitor appears to be relatively specific for PKG. A trend in the data suggests that the PKA inhibitor blocks a portion of the response elicited by the PKG activator. Thus, the PKA inhibitor may be less specific for PKA. Phosphodiesterase inhibitors, which are known to inhibit the breakdown of cAMP (IBMX) and/or cGMP (mdBAMQ), potentiate the effect of the peptide. These results support the hypothesis that cAMP and cGMP, acting through their respective protein kinase enzymes, mediate the ability of DFi to increase transmitter output.

Biological effects of resveratrol on skeletal muscle cells

Resveratrol, a polyphenol found in red wine, has been reported to have antithrombotic, antiatherogenic, and anticancer properties both in vitro and III VIVO. However, possible antidiabetic properties of resveratrol have not been examined. The objective of this study was to investigate the direct effects of resveratrol on basal and insulin-stimulated glucose uptake and to elucidate its mechanism of action in skeletal muscle cells. In addition, the effects of resveratrol on basal and insulin- stimulated amino acid transport and mitogenesis were also examined. Fully differentiated L6 rat skeletal muscle cells were incubated with resveratrol concentrations ranging from 1 to 250 IlM for 15 to 120 min. Maximum stimulation, 201 ± 8.90% of untreated control, (p<0.001), of2eH] deoxy- D- glucose (2DG) uptake was seen with 100 IlM resveratrol after 120 min. Acute, 30 min, exposure of the cells to 100 nM insulin stimulated 2DG uptake to 226 ± 12.52% of untreated control (p<0.001). This appears to be a specific property of resveratrol that is not shared by structurally similar antioxidants such as quercetin and rutin, both of which did not have any stimulatory effect. Resveratrol increased the response of the cells to submaximal insulin concentrations but did not alter the maximum insulin response. Resveratrol action did not require insulin and was not blocked by the protein synthesis inhibitor cycloheximide. L Y294002 and wortmannin, inhibitors of PI3K, abolished both insulin and resveratrolstimulated glucose uptake while phosphorylation of AktlPKB, ERK1I2, JNK1I2, and p38 MAPK were not increased by resveratrol. Resveratrol did not stimulate GLUT4 transporter translocation in GLUT4cmyc overexpressing cells, in contrast to the significant translocation observed with insulin. Furthermore, resveratrol- stimulated glucose transport was not blocked by the presence of the protein kinase C (PKC) inhibitors BIMI and G06983. Despite that, resveratrol- induced glucose transport required an intact actin network, similar to insulin. In contrast to the stimulatory effect seen with resveratrol for glucose transport, e4C]methylaminoisobutyric acid (MeAIB) transport was inhibited. Significant reduction of MeAIB uptake was seen only with 100uM resveratrol (74.2 ± 6.55% of untreated control, p<0.05), which appeared to be maximum. In parallel experiments, insulin (100 nM, 30 min) increased MeAIB transport by 147 ± 5.77% (p<0.00l) compared to untreated control. In addition, resveratrol (100 JlM, 120 min) completely abolished insulin- stimulated amino acid transport (103 ± 7.35% of untreated control,p>0.05). Resveratrol also inhibited cell proliferation in L6 myoblasts with maximal inhibition of eH]thymidine incorporation observed with resveratrol at 50 J.LM after 24 hours (8 ± 1.59% of untreated control, pcantly increased thymidine incorporation (280 ± 9.92% of untreated control, pcontaining 10% FBS resulted in stimulation of thymidine incorporation to 691 ± 36.92% of untreated control, pcompletely abolished both insulin- (11 ± 1.26% of untreated control,pcontrol, p<0.05) cell proliferation. These results suggest that resveratrol increases glucose transport in L6 skeletal muscle cells by a mechanism that is in4ependent of insulin and protein synthesis. Resveratrol- stimulated glucose uptake may be PI3K and actin cytoskeleton- dependent and independent of AktIPKB, PKC, ERK1I2, JNK1I2, p38 MAPK, and GLUT4 translocation. However, unlike glucose transport, resveratrol inhibits both basal and insulin- stimulated amino acid transport and mitogenesis.

Mechanisms underlying Retinoic acid-induced chemoattraction in molluscan neurons

Retinoic acid, a derivative of vitamin A, is known to play diverse roles in development and regeneration. Previous research in the mollusc Lymnaea stagnalis has shown that a gradient of all-trans retinoic acid attracts the growth cones of cultured neurons. The present study investigates the sub-cellular mechanisms within the growth cones of Lymnaea pedal A neurons which mediate the attractive response to a gradient of alltrans retinoic acid. In this study, the mechanism of growth cone turning is shown to be local, as neurites mechanically isolated from their cell body retain the capacity to turn towards an exogenous gradient of all-trans retinoic acid. The turning response is dependent on the initiation of protein synthesis and calcium influx, but does not appear to involve signaling through protein kinase C (PKC). The retinoid X receptor (RXR), which classically functions as a transcription factor, was also shown to be involved in the turning response, functioning locally through a non-genomic pathway. These data show, for the first time in any species, that all-trans retinoic acid's chemotropic action involves a local mechanism involving non-genomic signaling through the RXR. As retinoic acid is known to playa role in regeneration, understanding the mechanisms underlying retinoic acid signaling may lead to further advances in regenerative neuroscience.

Régulation de la lipoprotéine lipase macrophagique et de LOX-1 par des facteurs métaboliques. Implications dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2.

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de décès dans les pays occidentaux et constituent la principale complication associée au diabète. La lipoprotéine lipase (LPL) est une enzyme clé du métabolisme des lipides et est responsable de l'hydrolyse des lipoprotéines riches en triglycérides (TG). Plusieurs études ont démontré que la LPL sécrétée par les macrophages dans la paroi artérielle est pro-athérogénique. La dysfonction endothéliale caractérise les stades précoces du processus athérosclérotique. Il a été observé qu’un récepteur nouvellement identifié des lipoprotéines de basse densité oxydées (LDLox), le récepteur de type lectine des LDLox (LOX-1), est fortement exprimé dans les lésions athérosclérotiques humaines et dans l’aorte de rats diabétiques, suggérant un rôle clé de LOX-1 dans la pathogénèse de l’athérosclérose diabétique. Au vu du rôle potentiel de la LPL macrophagique et du LOX-1 dans l’athérosclérose associée au diabète de type 2, nous avons évalué la régulation de ces deux molécules pro-athérogéniques par des facteurs métaboliques et inflammatoires augmentés dans le diabète, soit la leptine, l’acide linoléique (LA) et la protéine C-réactive (CRP). Nos résultats démontrent que : 1) Dans les cellules endothéliales aortiques humaines (HAECs), LA augmente l’expression protéique de LOX-1 de façon temps- et dose-dépendante; 2) La pré-incubation de HAECs avec des antioxydants et des inhibiteurs de la NADPH oxydase, de la protéine kinase C (PKC) et du facteur nucléaire-kappa B (NF-kB), inhibe l’effet stimulant de LA sur l’expression protéique de LOX-1; 3) Dans les HAECs traitées avec LA, on observe une augmentation d’expression des isoformes classiques de la PKC; 4) LA augmente de manière significative l’expression génique de LOX-1 ainsi que la liaison des protéines nucléaires extraites des HAECs à la séquence régulatrice NF-kB présente dans le promoteur du gène de LOX-1; 5) LA augmente, via LOX-1, la captation des LDLox par les cellules endothéliales. Pris dans leur ensemble, ces résultats démontrent que LA augmente l’expression endothéliale de LOX-1 in vitro et appuient le rôle clé de LA dans la dysfonction endothéliale associée au diabète. Au vu de nos études antérieures démontrant qu’une expression accrue de LPL macrophagique chez les patients diabétiques de type 2 et que l’augmentation de facteurs métaboliques dans cette maladie, soit l’homocystéine (Hcys), les acides gras et les produits terminaux de glycation (AGE), accroissent l’expression de la LPL macrophagique, nous avons par la suite déterminé l’effet, in vitro, de deux autres facteurs métaboliques et inflammatoires surexprimés dans le diabète, soit la leptine et la CRP, sur l’expression de la LPL macrophagique. Les concentrations plasmatiques de leptine sont élevées chez les patients diabétiques et sont associées à un accroissement des risques cardiovasculaires. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la leptine augmente l’expression de la LPL, tant au niveau génique que protéique; 2) L’effet stimulant de la leptine sur la LPL est aboli par la pré-incubation avec un anticorps dirigé contre les récepteurs à la leptine (Ob-R), des inhibiteurs de la PKC et des antioxydants; 3) La leptine augmente l’expression membranaire des isoformes classiques de la PKC et la diminution de l’expression endogène de la PKC, abolit l’effet de la leptine sur l’expression de la LPL macrophagique; 4) Dans les macrophages murins, la leptine augmente le taux de synthèse de la LPL et augmente la liaison de protéines nucléaires à la séquence protéine activée-1 (AP-1) du promoteur du gène de la LPL. Ces observations supportent la possibilité que la leptine puisse représenter un facteur stimulant de la LPL macrophagique dans le diabète. Finalement, nous avons déterminé, in vitro, l’effet de la CRP sur l’expression de la LPL macrophagique. La CRP est une molécule inflammatoire et un puissant prédicteur d’événements cardiovasculaires. Des concentrations élevées de CRP sérique sont documentées chez les patients diabétiques de type 2. Nous avons démontré que : 1) Dans les macrophages humains, la CRP augmente l’expression de la LPL au niveau génique et protéique et la liaison de la CRP aux récepteurs CD32 est nécessaire pour médier ses effets; 2) La pré-incubation de macrophages humains avec des antioxydants, des inhibiteurs de la PKC et de la protéine kinase mitogénique activée (MAPK), prévient l’induction de la LPL par la CRP; 3) La CRP augmente l’activité de la LPL, la génération intracellulaire d’espèces radicalaires oxygénées (ROS), l’expression d’isoformes classiques de la PKC et la phosphorylation des kinases extracellulaires régulées 1/2 (ERK 1/2); 4) Les macrophages murins traités avec la CRP démontrent une augmentation de la liaison des protéines nucléaires à la séquence AP-1 du promoteur du gène de la LPL. Ces données suggèrent que la LPL puisse représenter un nouveau facteur médiant les effets délétères de la CRP dans la vasculopathie diabétique. Dans l’ensemble nos études démontrent le rôle clé de facteurs métaboliques et inflammatoires dans la régulation vasculaire de la LPL et du LOX-1 dans le diabète. Nos données suggèrent que la LPL et le LOX-1 puissent représenter des contributeurs clé de l’athérogénèse accélérée associée au diabète chez l’humain. Mots-clés : athérosclérose, maladies cardiovasculaires, diabète de type 2, macrophage, LPL, cellules endothéliales, LOX-1, stress oxydatif, leptine, LA, CRP.

Modulation de la voie de signalisation de Gαq par l’hyperglycémie : mécanisme moléculaire

Les complications vasculaires telles que l’augmentation de la contractilité et la prolifération cellulaire sont les complications les plus communes observées dans le diabète et l’hyperglycémie chronique est un facteur important dans ces processus. La voie de signalisation de Gαq joue un rôle important dans la régulation du tonus vasculaire et l’altération de celle-ci peut contribuer aux complications vasculaires observées dans les cas de diabète et d’hyperglycémie. Il a été observé que les taux et l’activité des protéines kinase C (PKC) et du diacylglycérol (DAG) sont augmentés dans ces conditions. Cependant, aucune étude n’a démontré l’implication de Gαq/11 et des PLCβ, molécules de signalisation en amont de PKC/DAG. Plusieurs études révèlent que l’augmentation des taux et de l’activité des PKC et du DAG induite par l’hyperglycémie dans des cellules du muscle lisse vasculaire (CMLV) est attribuée à l’augmentation du stress oxydatif. De plus, les niveaux de certains peptides vasoactifs, tels que l’angiotensine II et l’endothéline-1, augmentés dans les conditions de diabète/d’hyperglycémie, peuvent contribuer à l’augmentation du stress oxydatif observée. Le travail présenté dans cette thèse avait pour but d’examiner les effets de l’hyperglycémie sur les niveaux d’expression protéique de Gαq/11 et de ses molécules associées, ainsi que d’étudier le mécanisme moléculaire par lequel l’hyperglycémie module la voie de signalisation de Gαq dans les CMLV. Dans la première étude, nous avons examiné si l’hyperglycémie pouvait moduler l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ1 et PLCβ2. Le prétraitement des CMLV A10 avec 26 mM de glucose durant 72 heures augmente l’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 en comparaison avec les CMLV témoins. Le traitement avec des antagonistes aux récepteurs AT1 de l’Ang II, et ETA/ETB de l’ET-1, atténue la hausse de Gαq, de Gα11, de PLCβ1 et de PLCβ2 induite par l’hyperglycémie. De plus, la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 était plus élevée dans les CMLV exposée à 26 mM de glucose. Le traitement des CMLV A10 avec l’Ang II et l’ET-1 augmente également les niveaux d’expression des protéines Gα q/11 et PLCβ. Cette augmentation de l’expression est restaurée au niveau des CMLV témoins par les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ dans les CMLV induite par l’hyperglycémie est attribuée à l’activation des récepteurs AT1, ETA et ETB. Dans la seconde étude, nous avons examiné l’implication du stress oxydatif dans l’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. Nous avons également déterminé le mécanisme responsable de l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie. L’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et PLCβ des CMLV A10 exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec l’antioxydant diphenyleneiodonium (DPI), et la catalase, un chélateur du peroxyde d’hydrogène, mais pas par le 111Mn-tetralis(benzoic acid porphyrin) (MnTBAP) ni par l’acide urique, des chélateurs du peroxynitrite. De plus, l’augmentation de la formation d’IP3 stimulée par l’ET-1 dans les CMLV exposées à 26 mM de glucose est revenue au niveau basal après un traitement avec le DPI et la catalase. Ces résultats suggèrent que l’augmentation du stress oxydatif induite par l’hyperglycémie contribue à l’augmentation de l’expression des protéines Gαq/11 et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq. De plus, l’augmentation de la production d’anion superoxyde (O2-), de l’activité de la NADPH oxydase et de l’expression des protéines p22(phox) et p47(phox) induite par l’hyperglycémie est revenue à un niveau basal après un traitement avec les antagonistes des récepteurs AT1, ETA et ETB. Ces résultats suggèrent que l’hyperglycémie augmente les niveaux endogènes de l’Ang II et de l’ET-1, ce qui augmente le stress oxydatif par la formation d’O2- et de H2O2 et peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gq/11α et de leurs molécules de signalisation. Puisqu’il a été observé que l’hyperglycémie transactive les récepteurs aux facteurs de croissance tels que le récepteur au facteur de croissance épidermique (EGF-R) et le récepteur au facteur de croissance dérivé des plaquettes (PDGF-R), nous avons entrepris d’examiner, dans la troisième étude, l’implication d’EGF-R et de PDGF-R dans l’augmentation des niveaux de Gαq/11, de PLCβ et de leur signalisation induite par l’hyperglycémie. L’augmentation des niveaux d’expression des protéines Gαq, Gα11, PLCβ-1 et PLCβ-2 induite par l’hyperglycémie est revenue au niveau basal après un traitement avec les inhibiteurs d’EGF-R (AG1478) et de PDGF-R (AG1295) et par l’inhibiteur de c-Src, PP2. L’augmentation de la phosphorylation d’EGF-R et de PDGF-R induite par l’hyperglycémie a été abolie par AG1478, AG1295 et PP2. De plus, l’augmentation des niveaux de Gαq/11, et de PLCβ induite par l’hyperglycémie est atténuée par l’inhibiteur des MAPK, le PD98059, et par l’inhibiteur d’AKT, le wortmannin. L’augmentation de la phosphorylation d’ERK et d’AKT était également atténuée par AG1478 et AG1295. Ces résultats suggèrent que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par c-Src peut contribuer à l’augmentation des niveaux de Gα q/11/PLC et de leur signalisation par la voie des MAPK/PI3K. En conclusion, les études présentées dans cette thèse indiquent que l’hyperglycémie augmente les niveaux de Gαq/11 et de PLCβ. Nous avons émis des évidences qui démontrent que l’augmentation endogène de l’Ang II et de l’ET-1 par l’hyperglycémie peut contribuer à l’augmentation de la production d’O2- et de H2O2 résultant ainsi en une augmentation du stress oxydatif qui pourrait être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et de leur signalisation dans les conditions d’hyperglycémie. Finalement, nous avons démontré que la transactivation des récepteurs aux facteurs de croissance induite par l’hyperglycémie peut être responsable de l’augmentation de Gαq/11/PLC et les molécules associées à la voie de signalisation de Gq dans les cas de diabète et d’hyperglycémie.

Le diabète maternel influence la morphogenèse rénale et la programmation périnatale

Le diabète maternel est un facteur de risque majeur pour le développement de malformations congénitales. Dans le syndrome de l’embryopathie diabétique, l’exposition prolongée du fœtus à de hautes concentrations ambientes de glucose induit des dommages qui peuvent affecter plusieurs organes, dont les reins. Les malformations rénales sont la cause de près de 40 pourcent des cas d’insuffisance rénale infantile. L’hyperglycémie constitue un environnement utérin adverse qui nuit à la néphrogenèse et peut causer l’agenèse, la dysplasie (aplasie) ou l’hypoplasie rénale. Les mécanismes moléculaires par lesquels les hautes concentrations ambientes de glucose mènent à la dysmorphogenèse et aux malformations demeurent toutefois mal définis. Le diabète maternel prédispose aussi la progéniture au développement d’autres problèmes à l’âge adulte, tels l’hypertension, l’obésité et le diabète de type 2. Ce phénomène appelé ‘programmation périnatale’ a suscité l’intérêt au cours des dernières décennies, mais les mécanismes responsables demeurent mal compris. Mes études doctorales visaient à élucider les mécanismes moléculaires par lesquels le diabète maternel ou un environnement in utero hyperglycémique affecte la néphrogenèse et programme par la suite la progéniture a développer de l’hypertension par des observations in vitro, ex vivo et in vivo. Nous avons utilisé les cellules MK4, des cellules embryonnaires du mésenchyme métanéphrique de souris, pour nos études in vitro et deux lignées de souris transgéniques (Tg) pour nos études ex vivo et in vivo, soient les souris HoxB7-GFP-Tg et Nephrin-CFP-Tg. Les souris HoxB7-GFP-Tg expriment la protéine fluorescente verte (GFP) dans le bourgeon urétérique (UB), sous le contrôle du promoteur HoxB7. Les souris Nephrin-CFP expriment la protéine fluorescente cyan (CFP) dans les glomérules, sous le contrôle du promoteur nephrin spécifique aux podocytes. Nos études in vitro visaient à déterminer si les hautes concentrations de glucose modulent l’expression du gène Pax2 dans les cellules MK4. Les cellules MK4 ont été traitées pendant 24h avec du milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants ou inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK, PKC et NF-kB. Nos résultats ont démontré que le D-glucose élevé (25mM) augmente la génération des espèces réactives de l’oxygène (ROS) dans les cellules MK4 et induit spécifiquement l’expression du gène Pax2. Des analogues du glucose tels le D-mannitol, L-glucose ou le 2-Deoxy-D-glucose n’induisent pas cette augmentation dans les cellules MK4. La stimulation de l’expression du gène Pax2 par le D-glucose dans les cellules MK4 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de NF-kB, mais pas par des inhibiteurs de p38 MAPK, p44/42 MAPK ou PKC. Ces résultats indiquent que la stimulation de l’expression du gène Pax2 par les concentrations élevées de glucose est due, au moins en partie, à la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation NF-kB, et non pas via les voies PKC, p38 MAPK et p44/42 MAPK. Nos études ex vivo s’intéressaient aux effets d’un milieu hyperglycémique sur la morphogenèse de la ramification du bourgeon urétérique (UB). Des explants de reins embryonnaires (E12 à E18) ont été prélevés par micro-dissection de femelles HoxB7-GFP gestantes. Les explants ont ensuite été cultivés dans un milieu contenant soit 5mM D-glucose et 20mM D-mannitol ou 25mM D-glucose et avec ou sans antioxydants, catalase ou inhibiteur de PI3K/AKT pour diverses durées. Nos résultats ont démontré que le D-glucose stimule la ramification du UB de manière spécifique, et ce via l’expression du gène Pax2. Cette augmentation de la ramification et de l’expression du gène Pax2 peut être bloquée par des inhibiteurs des ROS et de PI3K/AKT. Ces études ont démontré que les hautes concentrations de glucose altèrent la morphogenèse de la ramification du UB via l’expression de Pax2. L’effet stimulant du glucose semble s’effectuer via la génération des ROS et l’activation de la voie de signalisation Akt. Nos études in vivo visaient à déterminer le rôle fondamental du diabète maternel sur les défauts de morphogenèse rénale chez la progéniture. Dans notre modèle animal, le diabète maternel est induit par le streptozotocin (STZ) chez des femelles HoxB7-GFP gestantes (E13). Les souriceaux ont été étudiés à différents âges (naissants et âgés de une, deux ou trois semaines). Nous avons examiné leurs morphologie rénale, nombre de néphrons, expression génique et les événements apoptotiques lors de cette étude à court terme. La progéniture des mères diabétiques avait un plus faible poids, taille et poids des reins, et possédait des glomérules plus petits et moins de néphrons par rapport à la progéniture des mères contrôles. La dysmorphogenèse rénale observée est peut-être causée par l’augmentation de l’apoptose des cellules dans la région du glomérule. Nos résultats ont montré que les souriceaux nés de mères diabétiques possèdent plus de podocytes apoptotiques et plus de marquage contre la caspase-3 active dans leurs tubules rénaux que la progéniture des mères contrôles. Les souriceaux des mères diabétiques montrent une augmentation de l’expression des composants du système rénine angiotensine (RAS) intrarénal comme l’angiotensinogène et la rénine, ainsi qu’une augmentation des isoformes p50 et p65 de NF-kB. Ces résultats indiquent que le diabète maternel active le RAS intrarénal et induit l’apoptose des glomérules, menant à une altération de la morphogenèse rénale de la progéniture. En conclusion, nos études ont permis de démontrer que le glucose élevé ou l’environnement in utero diabétique altère la morphogenèse du UB, qui résulte en un retard dans la néphrogenèse et produit des reins plus petits. Cet effet est dû, au moins en partie, à la génération des ROS, à l’activation du RAS intrarénal et à la voie NF-kB. Nos études futures se concentreront sur les mécanismes par lesquels le diabète maternel induit la programmation périnatale de l’hypertension chez la progéniture adulte. Cette étude à long terme porte sur trois types de progénitures : adultes nés de mères contrôles, diabétiques ou diabétiques traitées avec insuline pendant la gestation. Nous observerons la pression systolique, la morphologie rénale et l’expression de divers gènes et protéines. Nous voulons de plus déterminer si la présence d’un système antioxydant (catalase) peut protéger la progéniture des effets néfastes des ROS causés par l’environnement in utero hyperglycémique. Les souris Catalase-Tg expriment la catalase spécifiquement dans les tubules proximaux et nous permettrons d’explorer notre hypothèse sur le rôle des ROS dans notre modèle expérimental de diabète maternel.

Régulation des hémicanaux de connexine 43 : implication dans la cardioprotection contre les lésions ischémiques

La connexine 43 (Cx43) est l’unité protéique de base dans la formation des canaux des jonctions gap (JG) responsables des échanges intercellulaires. Toutefois, elle forme aussi des canaux non-jonctionnels à large conductance, nommés hémicanaux (Hc), qui fournissent un accès entre l’intérieure des cellules et le milieu extracellulaire. Bien qu’ils soient beaucoup moins étudiés que les JG, on estime que les Hc restent normalement à l’état fermé, et ce, grâce à la phosphorylation des connexines qui les forment. Suite à un stress ischémique, les Cx43 se déphosphorylent et entraînent ainsi l’ouverture des Hc de Cx43 (HcCx43), un effet qui compromet la survie des cellules. La protéine kinase C (PKC) est l’enzyme de phosphorylation qui possède le plus grand nombre de sites de phosphorylation sur la Cx43 en comparaison avec les autres kinases. Ses fonctions dépendent de la mise en jeu d’un répertoire d’au moins 12 isoformes distinctes. Dans les cardiomyocytes, les isoformes de PKC participent au développement des réponses adaptées ou mésadaptées au stress ischémique. Malgré que la régulation des canaux de Cx43 par la PKC lors d’une ischémie soit bien documentée, il n’existe pas à l’heure actuelle de connaissances sur les effets fonctionnels spécifiques qu’exercent des différentes isoformes de PKC sur les HcCx43, ni sur la valeur thérapeutique de la modulation de ses derniers. Dans ce contexte, nous avons proposé que les HcCx43 sont régulés sélectivement et différentiellement par les différentes isoformes de PKC et que l’inhibition spécifique de ces hémicanaux peut protéger le coeur lors d’un événement ischémique. Le présent travail comporte trois études qui ont été entreprises spécialement dans le but de valider ces hypothèses. Dans la première étude, nous avons profité de l’expertise du laboratoire du Dr Baroudi dans la dissection des isoformes de PKC pour étudier le rôle fonctionnel de chacune d’elles dans la régulation des HcCx43 en utilisant une gamme unique de peptides synthétiques inhibiteurs et activateurs spécifiques des isoformes de PKC, en combinaison avec la technique du patch-clamp. Nous avons démontré, entre autre, que les HcCx43 sont particulièrement inhibés par l’isoforme PKC epsilon, connue pour son effet cardioprotecteur contre les dommages ischémiques lors d’un préconditionnement ischémique. Dans la deuxième étude, nous avons caractérisé l’effet d’un peptide synthétique mimétique structural de la Cx43 sur la fonction des HcCx43. En plus d’avoir élucidé ces effets sur les propriétés fonctionnelles du canal, nous avons démontré d’une manière directe et indéniable que le peptide Gap26 inhibe et spécifiquement les HcCx43 et que son administration in vitro (cardiomyocytes isolés) et ex vivo (coeur intact) confère à ces modèles expérimentaux une résistance importante contre le stress ischémique. Dans la troisième étude, nous avons investigué pour la première fois in vivo le potentiel de deux peptides uniques mimétiques structuraux de la Cx43, Gap26 et Gap27, dans la cardioprotection contre les lésions ischémiques lorsqu’ils sont administrés à basse dose sous forme d’un bolus intraveineux unique. Nous avons démontré que l’injection de ces peptides avant ou après la survenue de l’ischémie réduit significativement la taille de l’infarctus qui en résulte.En conclusion, l’ensemble de ces résultats révèlent le rôle bénéfique de l’inhibition des HcCx43 lors d’une ischémie et dévoilent un potentiel thérapeutique prometteux des mimétiques structuraux de Cx43 dans la prévention et le traitement de l’infarctus du myocarde.

Nur77 au sein des désordres dopaminergiques inhérents à la schizophrénie, la maladie de Parkinson ou la dépendance aux drogues d'abus

Cette thèse vise à mieux comprendre le rôle du facteur de transcription Nur77 au sein des fonctions physiologiques et pathologiques des voies de neurotransmission dopaminergiques des gaglions de la base. Nous basant sur une implication motrice de Nur77 au sein des dyskinésies induites à la L-DOPA (LIDs), nous avons voulu tester in vivo son implication éventuelle dans les phénomènes moteurs et de sensibilisation associés à l’amphétamine ainsi qu’une implication possible du récepteur nucléaire aux rétinoïdes RXR dont nous avons déjà démontré une implication dans les effets moteurs des antipsychotiques. Un deuxième volet de la recherche à consisté en l’étude de l’implication des extracellular signal-regulated kinase (ERK) et de la protéine kinase C (PKC) dans l’induction de l’ARNm des membres de la famille des Nurs suite à l’activation des cascades de signalisation des récepteurs dopamiergiques D1 et D2 in vivo pour une meilleure compréhension des mécanismes physiopatholoiques liés aux désordres dopaminergiques. Pour ce faire, nous avons, premièrement, soumis des souris sauvages et Nur77-/- à un paradigme de sensibilisation à l’amphétamine ainsi qu’a différents agonistes antagonistes RAR/RXR afin de tester l’implication de Nur77 et d’un éventuel complexe Nur77/RXR dans les effets de l’amphétamine. Deuxièmement, soumis des souris sauvages à une combinaison d’agonistes D1/D2 ou une injection d’antagoniste D2 avec ou sans inhibiteur (ERK1/2 ou PKC) afin de tester l’implication de ces kinases sur l’induction de l’ARNm des membres de la famille des Nurs par hybridation in situ. Nous avons ainsi pu démontrer 1- un rôle moteur de Nur77 dans les effets liés à l’amphétamine notamment avec une absence de stéréotypies et un allongement de la durée de la phase de locomotion chez les souris Nur77-/-; ainsi qu’un rôle éventuel du complexe potentiel Nur77/RXR dans les D1 à mieux définir. 2- un rôle des kinases ERKs et PKCs dans les cascades de signalisation des récepteurs dopaminergiques D1 et D2 menant à l’induction des ARNms de Nur77, Nor-1 et Nurr-1. En perspective, ces résultats nous ouvrent la voie vers une implication éventuelle de Nur77 dans les mécanismes d’apprentissage que sont le Long Terme Potentiation (LTP) et la Long Terme Depotentialisation (LTD) liés aux LIDs et à l’amphétamine.

Mécanismes de régulation du trafic et de l’activité du récepteur GABAB

L’acide γ-aminobutyrique (GABA) est le principal neurotransmetteur inhibiteur du système nerveux central et est impliqué dans diverses pathologies incluant l’épilepsie, l’anxiété, la dépression et la dépendance aux drogues. Le GABA agit sur l’activité neuronale par l’activation de deux types de récepteurs; le canal chlorique pentamérique GABAA et l’hétérodimère obligatoire de récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) GABAB. Chacun des récepteurs est responsable de phases distinctes de la réponse cellulaire au GABA. Lors d’une stimulation par le GABA, il est essentiel pour la cellule de pouvoir contrôler le niveau d’activité des récepteurs et au besoin, de limiter leur activation par des mécanismes de désensibilisation et de régulation négative. La désensibilisation nécessite le découplage du récepteur de ses effecteurs, ainsi que sa compartimentation hors de la membrane plasmique dans le but de diminuer la réponse cellulaire à l’agoniste. Les mécanismes de contrôle de l’activité de GABAB semblent anormaux pour un RCPG et sont encore mal moléculairement caractérisés. L’objet de cette thèse est d’étudier la régulation du récepteur GABAB et de sa signalisation par la caractérisation de nouvelles protéines d’interactions étant impliquées dans la désensibilisation, l’internalisation et la dégradation du récepteur. Une première étude nous a permis d’identifier la protéine NSF (N-ethylmaleimide sensitive factor) comme interagissant avec le récepteur hétérodimérique. Nous avons caractérisé le site d’interaction au niveau du domaine coiled-coil de chacune des deux sous-unités de GABAB et constaté la dépendance de cette interaction au statut de l’activité ATPasique de NSF. Nous avons observé que cette interaction pouvait être dissociée par l’activation de GABAB, induisant la phosphorylation du récepteur par la protéine kinase C (PKC) parallèlement à la désensibilisation du récepteur. L’activation de PKC par le récepteur est dépendante de l’interaction NSF-GABAB, ce qui suggère une boucle de rétroaction entre NSF et PKC. Nous proposons donc un modèle où, à l’état basal, le récepteur interagit avec NSF, lui permettant d’activer PKC en réponse à la stimulation par un agoniste, et où cette activation permet à PKC de phosphoryler le récepteur, induisant sa dissociation de NSF et sa désensibilisation. Nous avons par la suite étudié la dégradation et l’ubiquitination constitutive de GABAB et la régulation de celles-ci par PKC et l’enzyme de déubiquitination USP14 (ubiquitin-specific protease 14). Au niveau basal, le récepteur est ubiquitiné, et présente une internalisation et une dégradation rapide. L’activation de PKC augmente l’ubiquitination à la surface cellulaire et l’internalisation, et accélère la dégradation du récepteur. USP14 est en mesure de déubiquitiner le récepteur suite à l’internalisation, mais accélère aussi la dégradation par un mécanisme indépendant de son activité enzymatique. Nos résultats suggèrent un mécanisme où l’ubiquitination promeut l’internalisation et où USP14 cible le récepteur ubiquitiné vers un processus de dégradation lysosomale. La troisième étude porte sur la régulation de la densité de récepteurs à la membrane plasmique par la protéine Grb2 (growth factor receptor-bound protein 2). Nous avons déterminé que Grb2 interagit avec GABAB1 au niveau de la séquence PEST (riche en proline, glutamate, sérine et thréonine) du domaine carboxyl-terminal, et que cette interaction module l’expression à la surface du récepteur hétérodimérique en diminuant l’internalisation constitutive par un mécanisme encore inconnu. Cette inhibition de l’internalisation pourrait provenir d’une compétition pour le site de liaison de Grb2 à GABAB1, ce site étant dans une région interagissant avec plusieurs protéines impliquées dans le trafic du récepteur, tels le complexe COPI et la sous-unité γ2S du récepteur GABAA (1, 2). En proposant de nouveaux mécanismes moléculaires contrôlant l’activité et l’expression à la membrane du récepteur GABAB par les protéines NSF, PKC, USP14 et Grb2, les études présentées dans cette thèse permettent de mieux comprendre les processus d’internalisation et de dégradation, ainsi que du contrôle de l’activité de GABAB par la désensibilisation, ouvrant la porte à une meilleure compréhension de la signalisation GABAergique.