Studies of the genetic epidemiology of cardiovascular disease: focus on inflammatory candidate genes

Cardiovascular disease (CVD) is a complex disease with multifactorial aetiology. Both genetic and environmental factors contribute to the disease risk. The lifetime risk for CVD differs markedly between men and women, men being at increased risk. Inflammatory reaction contributes to the development of the disease by promoting atherosclerosis in artery walls. In the first part of this thesis, we identified several inflammatory related CVD risk factors associating with the amount of DNA from whole blood samples, indicating a potential source of bias if a genetic study selects the participants based on the available amount of DNA. In the following studies, this observation was taken into account by applying whole genome amplification to samples otherwise subjected to exclusion due to very low DNA yield. We continued by investigating the contribution of inflammatory genes to the risk for CVD separately in men and women, and looked for sex-genotype interaction. In the second part, we explored a new candidate gene and its role in the risk for CVD. Selenoprotein S (SEPS1) is a membrane protein residing in the endoplasmic reticulum where it participates in retro-translocation of unfolded proteins to cytosolic protein degradation. Previous studies have indicated that SEPS1 protects cells from oxidative stress and that variations in the gene are associated with circulating levels of inflammatory cytokines. In our study, we identified two variants in the SEPS1 gene, which associated with coronary heart disease and ischemic stroke in women. This is, to our knowledge, the first study suggesting a role of SEPS1 in the risk for CVD after extensively examining the variation within the gene region. In the third part of this thesis, we focused on a set of seven genes (angiotensin converting enzyme, angiotensin II receptor type I, C-reactive protein (CRP), and fibrinogen alpha-, beta-, and gamma-chains (FGA, FGB, FGG)) related to inflammatory cytokine interleukin 6 (IL6) and their association with the risk for CVD. We identified one variant in the IL6 gene conferring risk for CVD in men and a variant pair from IL6 and FGA genes associated with decreased risk. Moreover, we identified and confirmed an association between a rare variant in the CRP gene and lower CRP levels, and found two variants in the FGA and FGG genes associating with fibrinogen. The results from this third study suggest a role for the interleukin 6 pathway genes in the pathogenesis of CVD and warrant further studies in other populations. In addition to the IL6 -related genes, we describe in this thesis several sex-specific associations in other genes included in this study. The majority of the findings were evident only in women encouraging other studies of cardiovascular disease to include and analyse women separately from men.

Novel CDNF/MANF protein family : Molecular structure, expression and neurotrophic activity

Neurotrophic factors (NTFs) are secreted proteins which promote the survival of neurons, formation and maintenance of neuronal contacts and regulate synaptic plasticity. NTFs are also potential drug candidates for the treatment of neurodegenerative diseases. Parkinson’s disease (PD) is mainly caused by the degeneration of midbrain dopaminergic neurons. Current therapies for PD do not stop the neurodegeneration or repair the affected neurons. Thus, search of novel neurotrophic factors for midbrain dopaminergic neurons, which could also be used as therapeutic proteins, is highly warranted. In the present study, we identified and characterized a novel protein named conserved dopamine neurotrophic factor (CDNF), a homologous protein to mesencephalic astrocyte-derived neurotrophic factor (MANF). Others have shown that MANF supports the survival of embryonic midbrain dopaminergic neurons in vitro, and protects cultured cells against endoplasmic reticulum (ER) stress. CDNF and MANF form a novel evolutionary conserved protein family with characteristic eight conserved cysteine residues in their primary structure. The vertebrates have CDNF and MANF encoding genes, whereas the invertebrates, including Drosophila and Caenorhabditis have a single homologous CDNF/MANF gene. In this study we show that CDNF and MANF are secreted proteins. They are widely expressed in the mammalian brain, including the midbrain and striatum, and in several non-neuronal tissues. We expressed and purified recombinant human CDNF and MANF proteins, and tested the neurotrophic activity of CDNF on midbrain dopaminergic neurons using a 6-hydroxydopamine (6-OHDA) rat model of PD. In this model, a single intrastriatal injection of CDNF protected midbrain dopaminergic neurons and striatal dopaminergic fibers from the 6-OHDA toxicity. Importantly, an intrastriatal injection of CDNF also restored the functional activity of the nigrostriatal dopaminergic system when given after the striatal 6-OHDA lesion. Thus, our study shows that CDNF is a potential novel therapeutic protein for the treatment of PD. In order to elucidate the molecular mechanisms of CDNF and MANF activity, we resolved their crystal structure. CDNF and MANF proteins have two domains; an amino (N)-terminal saposin-like domain and a presumably unfolded carboxy (C)-terminal domain. The saposin-like domain, which is formed by five α-helices and stabilized by three intradomain disulphide bridges, may bind to lipids or membranes. The C-terminal domain contains an internal cysteine bridge in a CXXC motif similar to that of thiol/disulphide oxidoreductases and isomerases, and may thus facilitate protein folding in the ER. Our studies suggest that CDNF and MANF are novel potential therapeutic proteins for the treatment of neurodegenerative diseases. Future studies will reveal the neurotrophic and cytoprotective mechanisms of CDNF and MANF in more detail.

Survey of reproductive physiology on Epinephelus coioides in Khozestan province, Persian Gulf

Epinephelus coioides (family serranidae) is protogynous. This species is one of the most important fishes in food chain of marine proteins of persian Gulf. Therefore knowing about the reproductive biology and physiology of this species is an important role on aquaculture procedures. Monthly samples of Epinephelus coioides were obtained in khozestan Bahrekan province from 2001 to 2002 for annual variation of base line of reproductive hormone. The hormones such as: 17-B estradiol, Testosteron, Progesterone, Gonadotropin I ,II GTHI, II) and cortisol have assayed and also different stages of gonads from the histological point of view were studied by light and electron microscope. Aditional to morphometric and fecundity measurements, the important factors such as : Gonadosomatic index (GSI) Hepatosomotic index (HSI) and Condition factor (KF) were also studied. Environmental factors such as temperature, salinity, photoperiod and pH were analyzed for the determination of effective factors responsible for the changes of reproductive cycles. The flactmation of estroid hormones and gonadotropines show a significant variation in different stages of maturation, e.g 17-B estradiol's concentration in the third stages, GTH II in fourth stages of sexual maturation or final oocyte maturation, plasma Testosteron in post ovulation and Progesterone during maturation indicates the highest levels of above mentioned hormones. The total calcium concentration was high in all year. calcium concentration was correlated with GTH II synthesis and increases with GTH II in June. 17-B estradiol concentration was also correlated with GSI. The high concentration of cortisol throughout the year was an index of stress and development of ovary maturational processes. This species was protogynous synchronous hermaphrodites , and belongs to annual spawning species, being monandric. The sexual transition was found to occure in individuals of 51.2- 105 cm in length. GSI and HSI level confirms the time of spawning period is in April- June. Electrone microscopic studies of gonad tissues showed some changes in mitochondria and endoplasmic reticulum in the post ovulation, maturation and post spawning periods. During the monthly sampling the biochemistry of tissues variations indicated decrease in protein and lipid content, but an increase in water content of spawning fishes which was correlated to the maturation of Epinephelus coioides . sex ratio indicative of higher frequences of females to males during monthly sampling periods. The females were smaller than males in sizes, therefore the females lived in 8-15m depth, but males were living in upper limits of depth. The results indicated that the temperature was the most effective parameter in reproductive cycle of Epinephelus coioides and the mean 24°c was a convenient temperature for spawning. Photoperiod was the second effective. factor on the reproductive cycle for this species. It seemed that the increase in the photoperiod between January to May caused a development of the oocyte. Regarding to the results of this research, it seems that the period of spawning in Epinephelus coioides is in May- June and the aquaculture procedure of Epinephelus coioides could be performed in the above mentioned periods.

Cloning and expression of glucose regulated protein 78 (GRP78) in Fenneropenaeus chinensis

GRP78 (78 kDa glucose-regulated protein), also known as BiP (immunoglobulin heavy-chain-binding protein), is an essential regulator of endoplasmic reticulum (ER) homeostasis because of its multiple functions in protein folding, ER calcium binding, and controlling of the activation of transmembrane ER stress sensors. In this report, we cloned the full length cDNA of GRP78 (FcGRP78) from Chinese shrimp Fenneropenaeus chinensis. This cDNA revealed a 2,325 bp with 1,968 bp open reading frame encoding 655 amino acids. This is the first reported GRP78 gene in Crustacea. The deduced amino acid sequence of FcGRP78 shared high identity with previously reported insect GRP78s: 86, 87 and 85% identity with GRP78s of Drosophila melanogaster, Aedes aegypti and Bombyx mori, respectively. Northern blot analysis shows that FcGRP78 is ubiquitously expressed in tissues of shrimp. Heat shock at 35A degrees C significantly enhanced the expression of FcGRP78 at the first hour, reached the maximum at 4 h post heat shock, dropped after that and resumed to the normal level until 48 h of post recovery at 25A degrees C. Additionally, differential expression of FcGRP78 was detected in haemocytes, hepatopancreas and lymphoid organ when shrimp were challenged by white spot syndrome virus (WSSV). We inferred that FcGRP78 may play important roles in chaperoning, protein folding and immune function of shrimp.

Uso terapêutico de chaperones em doenças conformacionais

Projeto de Pós-Graduação/Dissertação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Ciências Farmacêuticas

Effects of modified LDL and HDL on retinal pigment epithelial cells: a role in diabetic retinopathy?

Aims/hypothesis: Blood–retina barrier leakage in diabetes results in extravasation of plasma lipoproteins. Intra-retinal modified LDLs have been implicated in diabetic retinopathy (DR), but their effects on retinal pigment epithelial (RPE) cells and the added effects of extravasated modified HDLs are unknown.

Methods: In human retinas from individuals with and without diabetes and DR, immunohistochemistry was used to detect ApoB, ApoA1 and endoplasmic reticulum (ER) stress markers. In cell culture, human RPE cells were treated with native LDL (N-LDL) or heavily-oxidised glycated LDL (HOG-LDL) with or without pretreatment with native HDL (N-HDL) or heavilyoxidised glycated HDL (HOG-HDL). Cell viability, oxidative stress, ER stress, apoptosis and autophagy were assessed by Cell Counting Kit-8 assay, dichlorofluorescein assay, western blotting, immunofluorescence and TUNEL assay. In separate
experiments, RPE cells were treated with lipid oxidation products, 7-ketocholesterol (7-KC, 5–40 µmol/l) or 4-hydroxynonenal (4-HNE, 5–80 µmol/l), with or without pretreatment with N-HDL or HOG-HDL.

Results: ApoB, ApoA1 staining and RPE ER stress were increased in the presence of DR. HOG-LDL but not N-LDL significantly decreased RPE cell viability and increased reactive oxygen species generation, ER stress, apoptosis and autophagy. Similarly, 4-HNE and 7-KC decreased viability and induced ER stress. Pretreatment with N-HDL mitigated these effects, whereas HOG-HDL was less effective by most, but not all, measures.

Conclusions/interpretation: In DR, extravascular modified LDL may promote RPE injury through oxidative stress, ER stress, autophagy and apoptosis. N-HDL has protective effects, but HOG-HDL is less effective. Extravasation and modification of HDL may modulate the injurious effects of extravasated modified LDL on the retinal pigment epithelium.

UAP1 is overexpressed in prostate cancer and is protective against inhibitors of N-linked glycosylation

Prostate cancer is the second most common cause of cancer-associated deaths in men, and signaling via a transcription factor called androgen receptor (AR) is an important driver of the disease. Consequently, AR target genes are prominent candidates to be specific for prostate cancer and also important for the survival of the cancer cells. Here we assess the levels of all hexosamine biosynthetic pathway (HBP) enzymes in 15 separate clinical gene expression data sets and identify the last enzyme in the pathway, UDP-N-acetylglucosamine pyrophosphorylase 1 (UAP1), to be highly overexpressed in prostate cancer. We analyzed 3261 prostate cancers on a tissue microarray and found that UAP1 staining correlates negatively with Gleason score (P=0.0039) and positively with high AR expression (P<0.0001). Cells with high UAP1 expression have 10-fold increased levels of the HBP end-product, UDP-N-acetylglucosamine (UDP-GlcNAc). UDP-GlcNAc is essential for N-linked glycosylation occurring in the endoplasmic reticulum (ER) and high UAP1 expression associates with resistance against inhibitors of N-linked glycosylation (tunicamycin and 2-deoxyglucose) but not with a general ER stress-inducing agent, the calcium ionophore A23187. Knockdown of UAP1 expression re-sensitized cells towards inhibitors of N-linked glycosylation, as measured by proliferation and activation of ER stress markers. Taken together, we have identified an enzyme, UAP1, which is highly overexpressed in prostate cancer and protects cancer cells from ER stress conferring a growth advantage.

Modulation of intracellular calcium homeostasis blocks autophagosome formation

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

Androgen-regulated metabolism and biosynthesis in prostate cancer

Metabolic changes are a well-described hallmark of cancer and are responses to changes in the activity of diverse oncogenes and tumour suppressors. For example, steroid hormone biosynthesis is intimately associated with changes in lipid metabolism and represents a therapeutic intervention point in the treatment of prostate cancer (PCa). Both prostate gland development and tumorigenesis rely on the activity of a steroid hormone receptor family member, the androgen receptor (AR). Recent studies have sought to define the biological effect of the AR on PCa by defining the whole-genome binding sites and gene networks that are regulated by the AR. These studies have provided the first systematic evidence that the AR influences metabolism and biosynthesis at key regulatory steps within pathways that have also been defined as points of influence for other oncogenes, including c-Myc, p53 and hypoxia-inducible factor 1α, in other cancers. The success of interfering with these pathways in a therapeutic setting will, however, hinge on our ability to manage the concomitant stress and survival responses induced by such treatments and to define appropriate therapeutic windows.

The Role of the Fbox Protein CG6758 in Xbp1s Induced Retinal Degeneration in Drosophila

The Unfolded Protein Response (UPR) is a signaling pathway that is activated by an accumulation of unfolded or misfolded proteins in the endoplasmic reticulum (ER) that causes ER stress. The activation of the UPR aims to restore ER homeostasis by attenuation of ER client protein translation, increased transcription of ER chaperones and ER associated degradation (ERAD) factors. If ER stress is too long or too strong, cells may die. The main signaling branch of the UPR is mediated by the ER transmembrane protein IRE1 and the transcription factor Xbp1. The active, spliced form of Xbp1 (Xbp1spliced) acts as a transcription factor with protective function against toxic protein aggregation. However, overexpression of Xbp1spliced in the developing Drosophila eye causes degeneration of the eye (“glossy” eye phenotype).(...)

Investigation into the relationships between molecular chaperones, mitochondrial antioxidant enzymes, and endothermic vertebrate longevity

The maximum lifespan (MLSP) of endothermic vertebrates can range from as little as a year to over two centuries, yet the underlying phenotype of aging is very similar amongst this group of organisms. One organelle that may be important in the phenotype of aging is the mitochondrion. When damaged, this organelle is thought to contribute to many of the neurodegenerative diseases of aging. For this thesis, mitochondria from brain tissues of 7 mammalian and 2 avian species were isolated to assess whether the antioxidant glutathione system and major molecular chaperone, HSP60, is correlated to species MLSP. Furthermore, HSP60, and the major endoplasmic reticulum chaperone, GRP78, were measured under basal conditions, and following the introduction of an oxidative stress (hydrogen peroxide) in cultured mammalian myoblasts from 10 different species. My results indicate that the enzymes involved in the glutathione defense system are not correlated to species MLSP in brain mitochondria; however HSP60 levels are indeed higher in the longer-lived species. HSP60 levels are also higher at the basal level in cultured mammalian myoblasts and after 1 hour of hydrogen peroxide exposure. GRP78 induction is not correlated to species MLSP at the basal level or following hydrogen peroxide exposure. Therefore, these results suggest that HSP60 is a correlate of longevity in endothermic vertebrate species, but neither the glutathione antioxidant defense system, nor GRP78, correlates to species longevity.

Caractérisation de la sous-unité bêta du translocon chez la levure Schizosaccharomyces pombe

La sécrétion des protéines est un processus essentiel à la vie. Chez les eucaryotes, les protéines sécrétées transitent dans le réticulum endoplasmique par le pore de translocation. Le translocon est composé de trois sous-unités fondamentales nommées Sec61α, β et γ chez les mammifères, ou Sec61p, Sbh1p et Sss1p chez les levures. Tandis que le rôle des sous-unités α et γ est bien connu, celui de la sous-unité β demeure énigmatique. Plusieurs phénotypes distincts sont associés à cette protéine dans différents organismes, mais le haut niveau de conservation de séquence suggère plutôt une fonction universelle conservée. Récemment, Feng et al. (2007) ont montré que le domaine transmembranaire (TMD) de Sbh1p était suffisant pour complémenter plusieurs phénotypes associés à la délétion du gène chez Saccharomyces cerevisiae, suggérant un rôle important de cette région. L’objectif de mon projet de recherche consiste à étudier la fonction biologique de la sous-unité β du translocon et de son TMD chez Schizosaccharomyces pombe. Dans cette levure, j’ai découvert que le gène sbh1+ n’était pas essentiel à la viabilité à 30oC, mais qu’il était requis pour la croissance à basse température. La délétion de sbh1+ entraîne une sensibilité aux stress de la paroi cellulaire et une diminution de la sécrétion des protéines à 23oC. La surexpression de Sbh1p diminue elle aussi la sécrétion des protéines et altère la morphologie cellulaire. Ces phénotypes sont distincts de ceux observés chez S. cerevisiae, où la délétion des deux paralogues de Sec61β entraîne une sensibilité à haute température plutôt qu’à basse température. Malgré cela, les homologues de Sec61β de S. pombe et de S. cerevisiae sont tout deux capables de complémenter la thermosensibilité respective de chaque levure. La complémentation est possible même avec l’homologue humain de Sec61β, indiquant la conservation d’une fonction de Sec61β de la levure à l’homme. Remarquablement, le TMD de Sec61β de S. pombe, de S. cerevisiae et de l’humain sont suffisants pour complémenter la délétion génomique autant chez la levure à fission que chez la levure à bourgeons. Globalement, ces observations indiquent que le TMD de Sec61β exerce une fonction cellulaire conservée à travers les espèces.

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.

La calnexine: un élément clé dans l'apoptose chez la levure Schizosaccharomyces pombe.

La mort cellulaire programmée (PCD pour Programmed Cell Death) est un processus essentiel aux cellules. Le PCD a d’abord été caractérisé dans le développement cellulaire et peut être divisé en plusieurs groupes selon les caractéristiques observées. L’apoptose, un sous-groupe du PCD, est caractérisé par plusieurs distinctions morphologiques et signalétiques attribué tout d’abord aux organismes complexes pour son rôle dans le développement et dans le maintien de l’intégrité tissulaire. Depuis la dernière décennie, de nombreuses études font état de l’existence d’un programme apoptotique dans des organismes unicellulaires comme les levures. Ce programme apoptotique a surtout été étudié chez les levures Saccharomyces cerevisiae et Schizosaccharomyces pombe et partage certaines caractéristiques avec l’apoptose des mammifères. Par contre, l’apoptose associé aux levures est distinct à certains égards entre autre par l’absence de certains homologues présents chez les mammifères. L’intérêt au niveau de l’étude du phénomène apoptotique chez les levures est sans cesse grandissant par la facilité avec laquelle les levures peuvent être utilisées comme système modèle. L’apoptose peut être induit dans les cellules de différentes façons en réponse à des stimuli internes ou externes. L’accumulation de protéines mal repliées au niveau du réticulum endoplasmique (RE) causant un stress est un inducteur bien caractérisé de la voie apoptotique. La signalisation de l’apoptose dans un cas de stress au RE fait appel aux transducteurs des signaux de la voie du UPR ( Unfolded Protein Response). Récemment, il a été montré que la calnexine, une chaperone transmembranaire du RE connue et caractérisée surtout pour ses fonctions d’aide au repliement des protéines et au contrôle de qualité, joue un rôle dans la transduction du signal apoptotique en réponse au stress du RE chez mammifères. Le rôle de la calnexine dans ce cas consiste principalement en l’échafaudage pour le clivage par la caspase 8 de la protéine apoptotique Bap31. Nous avons tout d’abord démontré que le stress du RE et que la déficience en inositol, un précurseur essentiel de nombreuses molécules signalétiques, sont deux inducteurs de l’apoptose chez la levure S. pombe. Ces deux voies semblent induire l’apoptose par deux voies distinctes puisque seule la voie de la déficience en inositol induit l’apoptose de façon dépendante à la métacaspase Pca1p. La calnexine, essentielle à la viabilité chez la levure S. pombe, est impliquée dans ces deux phénomènes apoptotiques. L’apoptose induit par le stress du RE nécessite une version de la calnexine ancrée à la membrane du RE pour être optimal. De façon opposée, l’apoptose induit par une déficience en inositol nécessite la présence de la queue cytosolique ancrée à la membrane de la calnexine pour être retardé. Ces deux actions différentes imputables à une même protéine laisse croire à une double fonction pro et anti-apoptotique de celle-ci. Suite à la découverte de l’existence d’un clivage endogène de la calnexine en situation normale de croissance, un modèle a été élaboré expliquant les rôles distincts de la calnexine dans ces deux voies apoptotiques. Ce modèle fait état d’un rôle associé au clivage de la calnexine dans l’apoptose.

Approches transcriptomiques dans l’étude de la fibrose kystique

Les avancées en biotechnologie ont permis l’identification d’un grand nombre de mécanismes moléculaires, soulignant également la complexité de la régulation génique. Néanmoins, avoir une vision globale de l’homéostasie cellulaire, nous est pour l’instant inaccessible et nous ne sommes en mesure que d’en avoir qu’une vue fractionnée. Étant donné l’avancement des connaissances des dysfonctionnements moléculaires observés dans les maladies génétiques telles que la fibrose kystique, il est encore difficile de produire des thérapies efficaces. La fibrose kystique est causée par la mutation de gène CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), qui code pour un canal chlorique transmembranaire. La mutation la plus fréquente (ΔF508) induit un repliement incorrect de la protéine et sa rétention dans le réticulum endoplasmique. L’absence de CFTR fonctionnel à la membrane a un impact sur l’homéostasie ionique et sur l’hydratation de la muqueuse respiratoire. Ceci a pour conséquence un défaut dans la clairance mucocilliaire, induisant infection chronique et inflammation excessive, deux facteurs fondamentaux de la physiopathologie. L’inflammation joue un rôle très important dans l’évolution de la maladie et malgré le nombre important d’études sur le sujet, la régulation du processus inflammatoire est encore très mal comprise et la place qu’y occupe le CFTR n’est pas établie. Toutefois, plusieurs autres facteurs, tels que le stress oxydatif participent à la physiopathologie de la maladie, et considérer leurs impacts est important pour permettre une vision globale des acteurs impliqués. Dans notre étude, nous exploitons la technologie des puces à ADN, pour évaluer l’état transcriptionnel d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine fibro-kystique. Dans un premier temps, l’analyse de notre expérience identifie 128 gènes inflammatoires sur-exprimés dans les cellules FK par rapport aux cellules non FK où apparaissent plusieurs familles de gènes inflammatoires comme les cytokines ou les calgranulines. L’analyse de la littérature et des annotations suggèrent que la modulation de ces transcripts dépend de la cascade de NF-κB et/ou des voies de signalisation associées aux interférons (IFN). En outre, leurs modulations pourraient être associées à des modifications épigénétiques de leurs loci chromosomiques. Dans un second temps, nous étudions l’activité transcriptionnelle d’une cellule épithéliale pulmonaire humaine FK en présence de DMNQ, une molécule cytotoxique. Notre but est d’identifier les processus biologiques perturbés par la mutation du gène CFTR en présence du stress oxydatif. Fondé sur une analyse canonique de redondance, nous identifions 60 gènes associés à la mort cellulaire et leur variance, observée dans notre expérience, s’explique par un effet conjoint de la mutation et du stress oxydatif. La mesure de l’activité des caspases 3/7, des effecteurs de l’apoptose (la mort cellulaire programmée), montre que les cellules porteuses de la mutation ΔF508, dans des conditions de stress oxydatif, seraient moins apoptotiques que les cellules saines. Nos données transcriptomiques suggèrent que la sous-activité de la cascade des MAPK et la sur-expression des gènes anti-apoptotiques pourraient être impliquées dans le déséquilibre de la balance apoptotique.