Rôle des ligands du récepteur au CNTF dans le développement et étude de la signalisation induite par ces cytokines dans des modèles cellulaires de cancer

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de l'inositol polyphosphate 4-phosphatase de type II (Inpp4b) dans la différenciation et l'activité des ostéoclastes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Starch Binding Domain-containing Protein 1 Plays a Dominant Role in Glycogen Transport to Lysosomes in Liver.

A small portion of cellular glycogen is transported to and degraded in lysosomes by acid α-glucosidase (GAA) in mammals, but it is unclear why and how glycogen is transported to the lysosomes. Stbd1 has recently been proposed to participate in glycogen trafficking to lysosomes. However, our previous study demonstrated that knockdown of Stbd1 in GAA knock-out mice did not alter lysosomal glycogen storage in skeletal muscles. To further determine whether Stbd1 participates in glycogen transport to lysosomes, we generated GAA/Stbd1 double knock-out mice. In fasted double knock-out mice, glycogen accumulation in skeletal and cardiac muscles was not affected, but glycogen content in liver was reduced by nearly 73% at 3 months of age and by 60% at 13 months as compared with GAA knock-out mice, indicating that the transport of glycogen to lysosomes was suppressed in liver by the loss of Stbd1. Exogenous expression of human Stbd1 in double knock-out mice restored the liver lysosomal glycogen content to the level of GAA knock-out mice, as did a mutant lacking the Atg8 family interacting motif (AIM) and another mutant that contains only the N-terminal 24 hydrophobic segment and the C-terminal starch binding domain (CBM20) interlinked by an HA tag. Our results demonstrate that Stbd1 plays a dominant role in glycogen transport to lysosomes in liver and that the N-terminal transmembrane region and the C-terminal CBM20 domain are critical for this function.

Transient Receptor Potential Vanilloid 4 Ion Channel Functions as a Pruriceptor in Epidermal Keratinocytes to Evoke Histaminergic Itch.

TRPV4 ion channels function in epidermal keratinocytes and in innervating sensory neurons; however, the contribution of the channel in either cell to neurosensory function remains to be elucidated. We recently reported TRPV4 as a critical component of the keratinocyte machinery that responds to ultraviolet B (UVB) and functions critically to convert the keratinocyte into a pain-generator cell after excess UVB exposure. One key mechanism in keratinocytes was increased expression and secretion of endothelin-1, which is also a known pruritogen. Here we address the question of whether TRPV4 in skin keratinocytes functions in itch, as a particular form of "forefront" signaling in non-neural cells. Our results support this novel concept based on attenuated scratching behavior in response to histaminergic (histamine, compound 48/80, endothelin-1), not non-histaminergic (chloroquine) pruritogens in Trpv4 keratinocyte-specific and inducible knock-out mice. We demonstrate that keratinocytes rely on TRPV4 for calcium influx in response to histaminergic pruritogens. TRPV4 activation in keratinocytes evokes phosphorylation of mitogen-activated protein kinase, ERK, for histaminergic pruritogens. This finding is relevant because we observed robust anti-pruritic effects with topical applications of selective inhibitors for TRPV4 and also for MEK, the kinase upstream of ERK, suggesting that calcium influx via TRPV4 in keratinocytes leads to ERK-phosphorylation, which in turn rapidly converts the keratinocyte into an organismal itch-generator cell. In support of this concept we found that scratching behavior, evoked by direct intradermal activation of TRPV4, was critically dependent on TRPV4 expression in keratinocytes. Thus, TRPV4 functions as a pruriceptor-TRP in skin keratinocytes in histaminergic itch, a novel basic concept with translational-medical relevance.

Rôle des ligands du récepteur au CNTF dans le développement et étude de la signalisation induite par ces cytokines dans des modèles cellulaires de cancer

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de l'inositol polyphosphate 4-phosphatase de type II (Inpp4b) dans la différenciation et l'activité des ostéoclastes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

Limiting glutamate transmission in a Vglut2-expressing subpopulation of the subthalamic nucleus is sufficient to cause hyperlocomotion

The subthalamic nucleus (STN) is a key area of the basal ganglia circuitry regulating movement. We identified a subpopulation of neurons within this structure that coexpresses Vglut2 and Pitx2, and by conditional targeting of this subpopulation we reduced Vglut2 expression levels in the STN by 40%, leaving Pitx2 expression intact. This reduction diminished, yet did not eliminate, glutamatergic transmission in the substantia nigra pars reticulata and entopeduncular nucleus, two major targets of the STN. The knock-out mice displayed hyperlocomotion and decreased latency in the initiation of movement while preserving normal gait and balance. Spatial cognition, social function, and level of impulsive choice also remained undisturbed. Furthermore, these mice showed reduced dopamine transporter binding and slower dopamine clearance in vivo, suggesting that Vglut2-expressing cells in the STN regulate dopaminergic transmission. Our results demonstrate that altering the contribution of a limited population within the STN is sufficient to achieve results similar to STN lesions and high-frequency stimulation, but with fewer side effects.

Mise en évidence de dysfonctions liées au développement de l'endométriose péritonérale Contributions angio-inflammatoires des cytokines et prostaglandines

L’endométriose est une maladie gynécologique, touchant les femmes en âge de procréer. Cette pathologie est caractérisée par la présence de tissu endométrial ectopique, c’est-à-dire en dehors de la cavité utérine. Des dysfonctions du système immunitaire sont de plus en plus souvent suspectées comme étant un des éléments responsables de la pathogenèse de cette maladie. L’objectif général de ce projet a donc été d’étudier les mécanismes cellulaires de molécules pro-inflammatoires aux propriétés variées et à l’expression anormalement élevée dans cette pathologie, que sont MIF et les prostaglandines PGE2 et PGF2α, dans les anomalies inflammatoires et invasives en cause dans cette pathologie. La première partie de nos travaux a porté sur l’étude d’un modèle murin de l’endométriose déficient du gène MIF. Le nombre et le volume des lésions collectées à partir des souris déficientes pour le gène MIF sont significativement inférieurs à ceux mesurés dans des souris sauvages utilisées comme contrôle. L’analyse par PCR des cellules isolées des lésions de souris déficientes du gène MIF a révélé une expression réprimée des protéines d’adhésion, d’inflammation et d’angiogenèse. Ces données démontrent pour la première fois que le MIF agit directement sur la croissance et la progression de lésions d’endométriose in vivo. Une partie de nos travaux a porté sur les molécules nécessaires au métabolisme de PGE2 et PGF2α dans l’endomètre eutopique des femmes normales et l’endomètre eutopique et ectopique des femmes atteintes d’endométriose. Selon nos données, l’expression de certains de ces facteurs est perturbée durant cette maladie, ce qui peut avoir des effets délétères sur la physiologie de la procréation. La stimulation des cellules ectopiques par PGF2α entraîne une libération accrue de VEGF et CXCL-8, ceci via l’induction de COX-2 et des deux variants d’épissage du récepteur FP. De plus, la PKC joue un rôle dans ce phénomène, dépendamment et indépendamment de la PLC. Par son effet inducteur sur la libération de VEGF et CXCL-8, PGF2α pourrait favoriser l’aspect inflammatoire et le développement ectopique des lésions d’endométriose, notamment par des phénomènes d’angiogenèse et de prolifération cellulaire accrus. L’effet de PGF2α sur la libération de VEGF et CXCL-8 par les cellules endométriales ectopiques pourrait également expliquer les quantités élevées de ces cytokines dans le liquide péritonéal des femmes atteintes d’endométriose, un phénomène suspecté dans l’infertilité et les douleurs associées à cette maladie. Nos derniers résultats obtenus à partir du liquide péritonéal montrent un profil cytokinique en faveur de l’angiogenèse et la prolifération des lésions d’endométriose, avec une forte augmentation des facteurs suivants : EGF, FGF-2, IL-1α, MIP-1β, TGFα, PDGF-AA, PDGF-BB, MCP-3, sCD40L, Gro Pan, IL-17α, MDC et Rantes, confortant nos observations préalables redéfinissant la maladie comme étant d’origine angio-inflammatoire. L’endométriose et ses symptômes sont des phénomènes complexes ayant probablement plus qu’une seule origine. Parmi les nombreux facteurs à l’expression altérée dans l’endométriose, notre étude montre que MIF, PGE2 et PGF2α, ainsi qu’une pléthore de facteurs pro-angiogéniques pourraient être de ceux jouant un rôle dans l’infertilité et les douleurs reliées à cette maladie.

Investigation of the role of long non-coding RNAs in oncogene induced cellular senescence

Cellular senescence is a stable arrest of cell proliferation induced by several factors such as activated oncogenes, oxidative stress and shortening of telomeres. Senescence acts as a tumour suppression mechanism to halt the progression of cancer. However, senescence may also impact negatively upon tissue regeneration, thus contributing to the effects of ageing. The eukaryotic genome is controlled by various modes of transcriptional and translational regulation. Focus has therefore centred on the role of long non- coding RNAs (lncRNAs) in regulating the genome. Accordingly, understanding how lncRNAs function to regulate the senescent genome is integral to improving our knowledge and understanding of tumour suppression and ageing. Within this study, I set out to investigate the expression of lncRNAs’ expression within models of senescence. Through a custom expression array, I have shown that expression of multiple different lncRNAs is up-regulated and down regulated in IMR90 replicative senescent fibroblasts and oncogene-induced senescent melanocytes. LncRNA expression was determined to be specific to stable senescence-associated cell arrest and predominantly within the nucleus of senescent cells. In order to examine the function of lncRNA expression in senescence, I selected lncRNA transcript ENST0000430998 (lncRNA_98) to focus my investigations upon. LncRNA_98 was robustly upregulated within multiple models of senescence and efficiently depleted using anti-sense oligonucleotide technology. Characterisation and unbiased RNA-sequencing of lncRNA_98 deficient senescent cells highlighted a list of genes that are regulated by lncRNA_98 expression in senescent cells and may regulate aspects of the senescence program. Specifically, the formation of SAHF was impeded upon depletion of lncRNA_98 expression and levels of total pRB protein expression severely decreased. Validation and recapitulation of consequences of pRB depletion was confirmed through lncRNA_98 knock-out cells generated using CRISPR technology. Surprisingly, inhibition of ATM kinase functions permitted the restoration of pRB protein levels within lncRNA_98 deficient cells. I propose that lncRNA_98 antagonizes the ability of ATM kinase to downregulate pRB expression at a post-transcriptional level, thereby potentiating senescence. Furthermore, lncRNA expression was detected within fibroblasts of old individuals and visualised within senescent melanocytes in human benign nevi, a barrier to melanoma progression. Conversely, mining of 337 TCGA primary melanoma data sets highlighted that the lncRNA_98 gene and its expression was lost from a significant proportion of melanoma samples, consistent with lncRNA_98 having a tumour suppressor functions. The data presented in this study illustrates that lncRNA_98 expression has a regulatory role over pRB expression in senescence and may regulate aspects of tumourigenesis and ageing.

Quantitative phosphoproteomics reveals the role of the AMPK plant ortholog SnRK1 as a metabolic master regulator under energy deprivation

Since years, research on SnRK1, the major cellular energy sensor in plants, has tried to define its role in energy signalling. However, these attempts were notoriously hampered by the lethality of a complete knockout of SnRK1. Therefore, we generated an inducible amiRNA::SnRK1α2 in a snrk1α1 knock out background (snrk1α1/α2) to abolish SnRK1 activity to understand major systemic functions of SnRK1 signalling under energy deprivation triggered by extended night treatment. We analysed the in vivo phosphoproteome, proteome and metabolome and found that activation of SnRK1 is essential for repression of high energy demanding cell processes such as protein synthesis. The most abundant effect was the constitutively high phosphorylation of ribosomal protein S6 (RPS6) in the snrk1α1/α2 mutant. RPS6 is a major target of TOR signalling and its phosphorylation correlates with translation. Further evidence for an antagonistic SnRK1 and TOR crosstalk comparable to the animal system was demonstrated by the in vivo interaction of SnRK1α1 and RAPTOR1B in the cytosol and by phosphorylation of RAPTOR1B by SnRK1α1 in kinase assays. Moreover, changed levels of phosphorylation states of several chloroplastic proteins in the snrk1α1/α2 mutant indicated an unexpected link to regulation of photosynthesis, the main energy source in plants.

Limiting glutamate transmission in a Vglut2-expressing subpopulation of the subthalamic nucleus is sufficient to cause hyperlocomotion

The subthalamic nucleus (STN) is a key area of the basal ganglia circuitry regulating movement. We identified a subpopulation of neurons within this structure that coexpresses Vglut2 and Pitx2, and by conditional targeting of this subpopulation we reduced Vglut2 expression levels in the STN by 40%, leaving Pitx2 expression intact. This reduction diminished, yet did not eliminate, glutamatergic transmission in the substantia nigra pars reticulata and entopeduncular nucleus, two major targets of the STN. The knock-out mice displayed hyperlocomotion and decreased latency in the initiation of movement while preserving normal gait and balance. Spatial cognition, social function, and level of impulsive choice also remained undisturbed. Furthermore, these mice showed reduced dopamine transporter binding and slower dopamine clearance in vivo, suggesting that Vglut2-expressing cells in the STN regulate dopaminergic transmission. Our results demonstrate that altering the contribution of a limited population within the STN is sufficient to achieve results similar to STN lesions and high-frequency stimulation, but with fewer side effects.

Improving photofermentative hydrogen production through metabolic engineering and DOE (Design of Experiments)

A l’heure actuelle, les biocarburants renouvelables et qui ne nuit pas à l'environnement sont à l'étude intensive en raison de l'augmentation des problèmes de santé et de la diminution des combustibles fossiles. H2 est l'un des candidats les plus prometteurs en raison de ses caractéristiques uniques, telles que la densité d'énergie élevée et la génération faible ou inexistante de polluants. Une façon attrayante pour produire la H2 est par les bactéries photosynthétiques qui peuvent capter l'énergie lumineuse pour actionner la production H2 avec leur système de nitrogénase. L'objectif principal de cette étude était d'améliorer le rendement de H2 des bactéries photosynthétiques pourpres non sulfureuses utilisant une combinaison de génie métabolique et le plan des expériences. Une hypothèse est que le rendement en H2 pourrait être améliorée par la redirection de flux de cycle du Calvin-Benson-Bassham envers du système de nitrogénase qui catalyse la réduction des protons en H2. Ainsi, un PRK, phosphoribulose kinase, mutant « knock-out » de Rhodobacter capsulatus JP91 a été créé. L’analyse de la croissance sur des différentes sources de carbone a montré que ce mutant ne peut croître qu’avec l’acétate, sans toutefois produire d' H2. Un mutant spontané, YL1, a été récupéré qui a retenu l'cbbP (codant pour PRK) mutation d'origine, mais qui avait acquis la capacité de se développer sur le glucose et produire H2. Une étude de la production H2 sous différents niveaux d'éclairage a montré que le rendement d’YL1 était de 20-40% supérieure à la souche type sauvage JP91. Cependant, il n'y avait pas d'amélioration notable du taux de production de H2. Une étude cinétique a montré que la croissance et la production d'hydrogène sont fortement liées avec des électrons à partir du glucose principalement dirigés vers la production de H2 et la formation de la biomasse. Sous des intensités lumineuses faibles à intermédiaires, la production d'acides organiques est importante, ce qui suggère une nouvelle amélioration additionnel du rendement H2 pourrait être possible grâce à l'optimisation des processus. Dans une série d'expériences associées, un autre mutant spontané, YL2, qui a un phénotype similaire à YL1, a été testé pour la croissance dans un milieu contenant de l'ammonium. Les résultats ont montré que YL2 ne peut croître que avec de l'acétate comme source de carbone, encore une fois, sans produire de H2. Une incubation prolongée dans les milieux qui ne supportent pas la croissance de YL2 a permis l'isolement de deux mutants spontanés secondaires intéressants, YL3 et YL4. L'analyse par empreint du pied Western a montré que les deux souches ont, dans une gamme de concentrations d'ammonium, l'expression constitutive de la nitrogénase. Les génomes d’YL2, YL3 et YL4 ont été séquencés afin de trouver les mutations responsables de ce phénomène. Fait intéressant, les mutations de nifA1 et nifA2 ont été trouvés dans les deux YL3 et YL4. Il est probable qu'un changement conformationnel de NifA modifie l'interaction protéine-protéine entre NifA et PII protéines (telles que GlnB ou GlnK), lui permettant d'échapper à la régulation par l'ammonium, et donc d'être capable d'activer la transcription de la nitrogénase en présence d'ammonium. On ignore comment le nitrogénase synthétisé est capable de maintenir son activité parce qu’en théorie, il devrait également être soumis à une régulation post-traductionnelle par ammonium. Une autre preuve pourrait être obtenue par l'étude du transcriptome d’YL3 et YL4. Une première étude sur la production d’ H2 par YL3 et YL4 ont montré qu'ils sont capables d’une beaucoup plus grande production d'hydrogène que JP91 en milieu d'ammonium, qui ouvre la porte pour les études futures avec ces souches en utilisant des déchets contenant de l'ammonium en tant que substrats. Enfin, le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec la bactérie photosynthétique, Rhodopseudomonas palustris CGA009 a été examiné. La production d'éthanol avec fermentation utilisant des ressources renouvelables microbiennes a été traitée comme une technique mature. Cependant, la plupart des études du reformage de l'éthanol à H2 se sont concentrés sur le reformage chimique à la vapeur, ce qui nécessite généralement une haute charge énergetique et résultats dans les émissions de gaz toxiques. Ainsi le reformage biologique de l'éthanol à H2 avec des bactéries photosynthétiques, qui peuvent capturer la lumière pour répondre aux besoins énergétiques de cette réaction, semble d’être plus prometteuse. Une étude précédente a démontré la production d'hydrogène à partir d'éthanol, toutefois, le rendement ou la durée de cette réaction n'a pas été examiné. Une analyse RSM (méthode de surface de réponse) a été réalisée dans laquelle les concentrations de trois facteurs principaux, l'intensité lumineuse, de l'éthanol et du glutamate ont été variés. Nos résultats ont montré que près de 2 moles de H2 peuvent être obtenus à partir d'une mole d'éthanol, 33% de ce qui est théoriquement possible.

PPARα regulates endothelial progenitor cell maturation and myeloid lineage differentiation through a NADPH oxidase-dependent mechanism in mice

International audience

Role of chemerin and its receptors in mouse models of tumorigenesis

Dissertação de Mestrado, Oncobiologia: Mecanismos Moleculares do Cancro, Departamento de Ciências Biomédicas e Medicina, Universidade do Algarve, 2015