Signal transduction by the cloned glucagon-like peptide-1 receptor: comparison with signaling by the endogenous receptors of beta cell lines.

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is a gastrointestinal hormone that potentiates glucose-induced insulin secretion by pancreatic beta cells. The mechanisms of interaction between GLP-1 and glucose signaling pathways are not well understood. Here we studied the coupling of the cloned GLP-1 receptor, expressed in fibroblasts or in COS cells, to intracellular second messengers and compared this signaling with that of the endogenous receptor expressed in insulinoma cell lines. Binding of GLP-1 to the cloned receptor stimulated formation of cAMP with the same dose dependence and similar kinetics, compared with the endogenous receptor of insulinoma cells. Compared with forskolin-induced cAMP accumulation, that induced by GLP-1 proceeded with the same initial kinetics but rapidly reached a plateau, suggesting fast desensitization of the receptor. Coupling to the phospholipase C pathway was assessed by measuring inositol phosphate production and variations in the intracellular calcium concentration. No GLP-1-induced production of inositol phosphates could be measured in the different cell types studied. A rise in the intracellular calcium concentration was nevertheless observed in transfected COS cells but was much smaller than that observed in response to norepinephrine in cells also expressing the alpha 1B-adrenergic receptor. Importantly, no such increase in the intracellular calcium concentration could be observed in transfected fibroblasts or insulinoma cells, which, however, responded well to thrombin or carbachol, respectively. Together, our data show that interaction between GLP-1 and glucose signaling pathways in beta cells may be mediated uniquely by an increase in the intracellular cAMP concentration, with the consequent activation of protein kinase A and phosphorylation of elements of the glucose-sensing apparatus or of the insulin granule exocytic machinery.

Les antagonistes du récepteur minératocorticoïde

Mineralocorticoid signaling pathway plays a pivotal role in cardiovascular physiopathology. Evidences from clinical and experimental studies have linked mineralocorticoid hormones with cardiovascular morbiditiy and mortality. Thus, antagonist of the mineralocorticoid receptor (AMR) has reappeared. In addition, a novel mineralocorticoid receptor antagonist has been developped, named eplerenone, which lack the side effect of former ARMs as gynecomastia. Based on two studies named RALES et EPHESUS, guidelines of the european and american societies of cardiology recommend the use of ARMs as a treatment for cardiac failure NYHA III and IV, and post-infarct cardiac failure (ejection fraction < 40%).

Signal transduction in plant-beneficial rhizobacteria with biocontrol properties.

Biological control of root pathogens--mostly fungi--can be achieved by the introduction of selected bacterial inoculants acting as 'biopesticides'. Successful inoculants have been identified among Gram-negative and Gram-positive bacteria, often belonging to Pseudomonas spp. and Bacillus spp., respectively. Biocontrol activity of a model rhizobacterium, P. fluorescens CHAO, depends to a considerable extent on the synthesis of extracellular antimicrobial secondary metabolites and exoenzymes, thought to antagonize the pathogenicity of a variety of phytopathogenic fungi. The regulation of exoproduct formation in P. fluorescens (as well as in other bacteria) depends essentially on the GacS/GacA two-component system, which activates a largely unknown signal transduction pathway. However, recent evidence indicates that GacS/GacA control has a major impact on target gene expression at a post-transcriptional level, involving an mRNA target sequence (typically near the ribosome binding site), two RNA binding proteins (designated RsmA and RsmE), and a regulatory RNA (RsmZ) capable of binding RsmA. The expression and activity of the regulatory system is stimulated by at least one low-molecular-weight signal. The timing and specificity of this switch from primary to secondary metabolism are essential for effective biocontrol.

Lon protease negatively affects GacA protein stability and expression of the Gac/Rsm signal transduction pathway in Pseudomonas protegens.

In Pseudomonas protegens CHA0 and other fluorescent pseudomonads, the Gac/Rsm signal transduction pathway controls secondary metabolism and suppression of fungal root pathogens via the expression of regulatory small RNAs (sRNAs). Because of its high cost, this pathway needs to be protected from overexpression and to be turned off in response to environmental stress such as the lack of nutrients. However, little is known about its underlying molecular mechanisms. In this study, we demonstrated that Lon protease, a member of the ATP-dependent protease family, negatively regulated the Gac/Rsm cascade. In a lon mutant, the steady-state levels and the stability of the GacA protein were significantly elevated at the end of exponential growth. As a consequence, the expression of the sRNAs RsmY and RsmZ and that of dependent physiological functions such as antibiotic production were significantly enhanced. Biocontrol of Pythium ultimum on cucumber roots required fewer lon mutant cells than wild-type cells. In starved cells, the loss of Lon function prolonged the half-life of the GacA protein. Thus, Lon protease is an important negative regulator of the Gac/Rsm signal transduction pathway in P. protegens.

Signal transduction induced in Trypanosoma cruzi metacyclic trypomastigotes during the invasion of mammalian cells

Penetration of Trypanosoma cruzi into mammalian cells depends on the activation of the parasite's protein tyrosine kinase and on the increase in cytosolic Ca2+ concentration. We used metacyclic trypomastigotes, the T. cruzi developmental forms that initiate infection in mammalian hosts, to investigate the association of these two events and to identify the various components of the parasite signal transduction pathway involved in host cell invasion. We have found that i) both the protein tyrosine kinase activation, as measured by phosphorylation of a 175-kDa protein (p175), and Ca2+ mobilization were induced in the metacyclic forms by the HeLa cell extract but not by the extract of T. cruzi-resistant K562 cells; ii) treatment of parasites with the tyrosine kinase inhibitor genistein blocked both p175 phosphorylation and the increase in cytosolic Ca2+ concentration; iii) the recombinant protein J18, which contains the full-length sequence of gp82, a metacyclic stage surface glycoprotein involved in target cell invasion, interfered with tyrosine kinase and Ca2+ responses, whereas the monoclonal antibody 3F6 directed at gp82 induced parasite p175 phosphorylation and Ca2+ mobilization; iv) treatment of metacyclic forms with phospholipase C inhibitor U73122 blocked Ca2+ signaling and impaired the ability of the parasites to enter HeLa cells, and v) drugs such as heparin, a competitive IP3-receptor blocker, caffeine, which affects Ca2+ release from IP3-sensitive stores, in addition to thapsigargin, which depletes intracellular Ca2+ compartments and lithium ion, reduced the parasite infectivity. Taken together, these data suggest that protein tyrosine kinase, phospholipase C and IP3 are involved in the signaling cascade that is initiated on the parasite cell surface by gp82 and leads to Ca2+ mobilization required for target cell invasion.

MMP-1/PAR-1 signal transduction axis and its prognostic impact in esophageal squamous cell carcinoma

The matrix metalloprotease-1 (MMP-1)/protease-activated receptor-1 (PAR-1) signal transduction axis plays an important role in tumorigenesis. To explore the expression and prognostic value of MMP-1 and PAR-1 in esophageal squamous cell carcinoma (ESCC), we evaluated the expression of two proteins in resected specimens from 85 patients with ESCC by immunohistochemistry. Sixty-two (72.9%) and 58 (68.2%) tumors were MMP-1- and PAR-1-positive, respectively, while no significant staining was observed in normal esophageal squamous epithelium. MMP-1 and PAR-1 overexpression was significantly associated with tumor node metastasis (TNM) stage and regional lymph node involvement. Patients with MMP-1- and PAR-1-positive tumors, respectively, had poorer disease-free survival (DFS) than those with negative ESCC (P = 0.002 and 0.003, respectively). Univariate analysis showed a significant relationship between TNM stage [hazard ratio (HR) = 2.836, 95% confidence interval (CI) = 1.866-4.308], regional lymph node involvement (HR = 2.955, 95%CI = 1.713-5.068), MMP-1 expression (HR = 2.669, 95%CI = 1.229-6.127), and PAR-1 expression (HR = 1.762, 95%CI = 1.156-2.883) and DFS. Multivariate analysis including the above four parameters identified TNM stage (HR = 2.035, 95%CI = 1.167-3.681), MMP-1 expression (HR = 2.109, 95%CI = 1.293-3.279), and PAR-1 expression (HR = 1.967, 95%CI = 1.256-2.881) as independent and significant prognostic factors for DFS. Our data suggest for the first time that MMP-1 and PAR-1 were both overexpressed in ESCC and are novel predictors of poor patient prognosis after curative resection. The MMP-1/PAR-1 signal transduction axis might be a new therapeutic target for future therapies tailored against ESCC.

Étude des mécanismes moléculaires induits par Sonic hedgehog lors du guidage axonal des neurones commissuraux de la moelle épinière

Le morphogène Sonic hedgehog (Shh) est requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux lors du développement de la moelle épinière, phénomène impliquant des événements de réorganisation du cytosquelette d’actine. Bien qu’il soit généralement admis que le cytosquelette d’actine soit régulé via les petites GTPases de la famille Rho, un effet de Shh sur ces protéines n’a jamais été observé dans aucun contexte physiologique. Nous démontrons que Shh active les petites GTPases Rac1 et Cdc42 et que cette activation est rapide et donc, compatible avec les effets de guidage induits par Shh sur les neurones commissuraux. En parallèle, nous avons étudié l’activation de la protéine Boc, qui est un récepteur de Shh requis pour le guidage axonal des neurones commissuraux. Ces résultats contribuent à raffiner notre compréhension de la transduction cellulaire induite par Shh lors du guidage axonal des neurones commissuraux.

Rôle du dimère Gbetagamma dans l’organisation des systèmes de signalisation cellulaire

Selon le modèle classique, le signal reçu par les récepteurs couplés aux protéines G (RCPG) se propage suite à des interactions transitoires et aléatoires entre les RCPGs, les protéines G et leurs effecteurs. Par les techniques de transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET), de complémentation bimoléculaire de protéines fluorescentes (BiFC) et de co-immunoprécipitation, nous avons observé que les récepteurs, les protéines G et les effecteurs forment un complexe stable, avant et après l’activation des récepteurs. L’interaction entre l’effecteur Kir3 et le dimère Gbetagamma se produit initialement au réticulum endoplasmique et est sensible à un agoniste liposoluble des récepteurs beta2-adrénergiques. Bien que peu de spécificité pour les nombreux isoformes des sous-unités Gbetagamma ait été observée pour l’activation du canal Kir3, les interactions précoces au RE sont plus sensibles aux différentes combinaisons de Gbetagamma présentes. En plus de son rôle dans la régulation des effecteurs, le dimère Gbetagamma peut interagir avec de nombreuses protéines possédant des localisations cellulaires autres que la membrane plasmique. Nous avons identifié une nouvelle classe de protéines interagissant avec la sous-unité Gbeta, autant en système de surexpression que dans des extraits de cerveaux de rats, soit les protéines FosB et cFos, qui forment le complexe de transcription AP-1, suite à leur dimérisation avec les protéines de la famille des Jun. La coexpression du dimère Gbetagamma réduit l’activité transcriptionnelle du complexe AP-1 induit par le phorbol 12-,myristate 13-acetate (PMA), sans toutefois interférer avec la formation du complexe Fos/Jun ou son interaction avec l’ADN. Toutefois, le dimère Gbetagamma colocalise au noyau avec le complexe AP-1 et recrute les protéines histones déacétylases (HDAC) afin d’inhiber l’activité transcriptionnelle du complexe AP-1.

Analyse des protéines cellulaires incorporées dans les particules matures du virus de l’Herpès simplex de type 1

Les virus exploitent la machinerie cellulaire de l’hôte de façon très variée et plusieurs types vont même jusqu’à incorporer certaines protéines cellulaires. Nous avons récemment effectué la première analyse protéomique du virion mature de l’Herpès simplex de type 1 (HSV-1), ce qui nous a permis de déterminer que jusqu’à 49 protéines cellulaires différentes se retrouvaient dans ce virus (Loret, S. et al. (2008). "Comprehensive characterization of extracellular herpes simplex virus type 1 virions." J Virol 82(17): 8605-18.). Afin de déterminer leur importance dans le cycle de réplication d’HSV-1, nous avons mis au point un système de criblage nous permettant de quantifier le virus produit et relâché dans le milieu extracellulaire en utilisant un virus marqué à la GFP ainsi que des petits ARN interférents (pARNi) ciblant spécifiquement ces protéines cellulaires. Cette approche nous a permis de démontrer que 17 des protéines identifiées précédemment jouaient un rôle critique dans la réplication d’HSV-1, suggérant ainsi que leur incorporation dans le virus n’est pas aléatoire. Nous avons ensuite examiné le rôle d’une de ces protéines, DDX3X (DEAD (Asp-Glu-Ala-Asp) box polypeptide 3, X-linked), une protéine multifonctionnelle connue pour son implication dans les cycles de réplication de plusieurs virus humains. À l’aide de pARNi ainsi que de différentes lignées cellulaires, dont une lignée DDX3X thermosensible, nous avons démontré que l’inhibition de DDX3X résultait en une diminution du nombre de capsides intracellulaires et induisait une importante diminution de l’expression des gènes viraux. Nous avons aussi démontré que la fraction de DDX3X incorporée dans le virion contribuait activement au cycle infectieux d’HSV-1. Ces résultats confirment l’intérêt de notre approche afin d’étudier les interactions hôte-pathogène en plus de démontrer la contribution des protéines cellulaires incorporées à HSV-1 dans l’infection virale.

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

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

Étude du rôle des récepteurs NMDA du mésencéphale ventral dans la récompense induite par la stimulation électrique du mésencéphale postérieur chez le rongeur.

La voie dopaminergique mésolimbique qui prend son origine dans le mésencéphale ventral et qui projette vers des régions rostrales du système limbique fait partie du substrat nerveux qui contrôle la récompense et les comportements motivés. Il a été suggéré qu’un signal de récompense est produit lorsque le patron de décharge des neurones dopaminergiques passe d’un mode tonique à un mode phasique, une transition qui est initiée par l’action du glutamate aux récepteurs N-Méthyl-D-aspartate (NMDA). Étant donné qu’une altération du système de récompense est souvent associée à des anomalies cliniques telles que l’addiction compulsive et à des troubles émotionnels tels que l’anhédonie, nous avons étudié le rôle des récepteurs NMDA dans la récompense induite par la stimulation électrique intracérébrale. Puisque les récepteurs NMDA sont composés de sous-unités distinctes, GluN1, GluN2 et GluN3, nous avons étudié le rôle de deux sous-unités qui sont présentes dans le mésencéphale ventral : GluN2A et GluN2B. Les résultats montrent que des injections mésencéphaliques de R-CPP et de PPPA, des antagonistes préférentiels aux sous-unités GluN2A/B, ont produit une augmentation dose-dépendante de l’effet de récompense, un effet qui était, à certains temps après les injections, accompagné d’une augmentation du nombre de réponses maximales. Ces effets n’ont pas été observés après l’injection d’une large gamme de doses de Ro04-5595, un antagoniste des sous-unités GluN2B. Ces résultats suggèrent que le glutamate mésencéphalique exerce une modulation négative sur le circuit de récompense, un effet dû à son action au niveau des récepteurs NMDA composés des sous-unités GluN2A.

Modulation de la stabilité de l'ARNm alphaENaC dans les cellules épithéliales alvéolaires : détermination du rôle des séquences 3' non traduites

Le transport actif de sodium par les cellules épithéliales alvéolaires est le principal mécanisme impliqué dans la régulation du niveau de liquide dans le poumon distal. Le canal épithélial sodique (ENaC) exprimé par les cellules épithéliales alvéolaires est essentiel à la résorption du liquide des poumons à la naissance ainsi que la résolution de l'œdème pulmonaire chez l'adulte. L'activité et l'expression du canal ENaC sont modulées par de nombreux stress pathophysiologiques. L'inflammation pulmonaire constitue un facteur important dans l'inhibition de l'expression du canal ENaC et pourrait favoriser la formation d'œdème pulmonaire. Nous avons précédemment démontré que différentes cytokines pro-inflammatoires, ainsi que les lipopolysaccharides (LPS) de Pseudomonas aeruginosa, inhibent l'expression de l'ARNm αENaC par des mécanismes de régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle. Ces résultats suggèrent que les mécanismes qui modulent la stabilité des ARNm αENaC pourraient jouer un rôle important dans la régulation du niveau d’expression du transcrit en condition inflammatoire. Le principal objectif de mes travaux était de caractériser les mécanismes de modulation de l’ARNm αENaC dans les cellules épithéliales alvéolaires lors de différents stress pathophysiologiques et déterminer si cette modulation pouvait s’expliquer en partie par une régulation de la stabilité du transcrit. Mes travaux montrent que les LPS et la cycloheximide inhibent l’expression de l’ARNm αENaC de façon similaire via l’activation des voies de signalisation des MAPK ERK1/2 et p38. Cependant, les mécanismes de modulation de l’expression de l'ARNm αENaC sont différents puisque les LPS répriment la transcription du gène, alors que la cycloheximide diminuerait la stabilité du transcrit via des mécanismes post-transcriptionnels impliquant la région 3' non traduite (3'UTR) de l'ARNm αENaC. Pour mieux étudier le rôle du 3'UTR dans ce processus, nous avons développé un modèle Tet-Off nous permettant de mesurer la demi-vie de l’ARNm αENaC indépendamment de l’utilisation d’un inhibiteur de la transcription comme l'actinomycine D (Act. D). Nous avons montré que la demi-vie de l’ARNm αENaC était de 100min, un temps beaucoup plus court que celui rapporté dans la littérature. Nous avons démontré que l’Act. D a un effet stabilisateur important sur l’ARNm αENaC et qu’il ne peut être utilisé pour évaluer la stabilité du transcrit. À l’aide de différents mutants de délétion, nous avons entrepris de déterminer la nature des régions du 3’UTR impliquées dans la modulation de la stabilité du transcrit. Nous avons trouvé que le 3’UTR joue un rôle à la fois de stabilisation (région 3’UTR proximale) et de déstabilisation (région 3’UTR distale) du transcrit. Notre système nous a finalement permis de confirmer que la diminution de l’ARNm αENaC observée en présence de TNF-α s’expliquait en partie par une diminution importante de la stabilité du transcrit induite par cette cytokine. Enfin, nous avons identifié la nature des protéines pouvant se lier au 3’UTR de l’ARNm αENaC et déterminé lesquelles pouvaient moduler la stabilité du transcrit. Des trois protéines candidates trouvées, nous avons confirmé que la surexpression de DHX36 et TIAL1 diminue le niveau de transcrit par un mécanisme impliquant la stabilité du messager. Les travaux présentés ici montrent la complexité des voies de signalisation induites par différents stress sur les cellules épithéliales alvéolaires et montrent comment la stabilité de l’ARNm αENaC et en particulier, les séquences du 3’UTR jouent un rôle important dans la modulation du niveau de transcrit. Le modèle Tet-Off que nous avons développé permet d’estimer le temps de demi-vie réel de l’ARNm αENaC et montre que le 3’UTR du messager joue un rôle complexe dans la stabilisation du messager en condition de base ainsi qu’en condition pro-inflammatoire. Enfin, nous avons identifié deux protéines liant l’ARNm qui pourraient jouer un rôle important dans la modulation de la stabilité du transcrit.