PI3K and AKT: Unfaithful Partners in Cancer.

The phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/AKT signaling pathway regulates multiple cellular processes. An overactivation of the pathway is frequently present in human malignancies and plays a key role in cancer progression. Hence, its inhibition has become a promising approach in cancer therapy. However, the development of resistances, such as the abrogation of negative feedback mechanisms or the activation of other proliferative signaling pathways, has considerably limited the anticancer efficacy of PI3K/AKT inhibitors. In addition, emerging evidence points out that although AKT is acknowledged as the major downstream effector of PI3K, both PI3K and AKT can operate independently of each other in cancer, revealing another level of complexity in this pathway. Here, we highlight the complex relationship between PI3K and AKT in cancer and further discuss the consequences of this relationship for cancer therapy.

Green tea catechin inhibits fatty acid synthase without stimulating carnitine Palmitoyltransferase-1 or inducing weight loss in experimental animals

Background: The enzyme fatty acid synthase (FASN) is highly expressed in many human carcinomas and its inhibition is cytotoxic to human cancer cells. The use of FASN inhibitors has been limited until now by anorexia and weight loss, which is associated with the stimulation of fatty acid oxidation. Materials and Methods: The in vitro effect of (-)-epigallocatechin-3-gallate (EGCG) on fatty acid metabolism enzymes, on apoptosis and on cell signalling was evaluated. In vivo, the effect of EGCG on animal body weight was addressed. Results: EGCG inhibited FASN activity, induced apoptosis and caused a marked decrease of human epidermal growth factor receptor 2 (HER2), phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/AKT and extracellular (signal)-regulated kinase (ERK) 1/2 proteins, in breast cancer cells. EGCG did not induce a stimulatory effect on CPT-1 activity in vitro (84% of control), or on animal body weight in vivo (99% of control). Conclusion: EGCG is a FASN inhibitor with anticancer activity which does not exhibit cross-activation of fatty acid oxidation and does not induce weight loss, suggesting its potential use as an anticancer drug.

Prostaglandin E2 Prevents Hyperosmolar-Induced Human Mast Cell Activation through Prostanoid Receptors EP2 and EP4.

Background: Mast cells play a critical role in allergic and inflammatory diseases, including exercise-induced bronchoconstriction (EIB) in asthma. The mechanism underlying EIB is probably related to increased airway fluid osmolarity that activates mast cells to the release inflammatory mediators. These mediators then act on bronchial smooth muscle tocause bronchoconstriction. In parallel, protective substances such as prostaglandin E2 (PGE2) are probably also released and could explain the refractory period observed in patients with EIB. Objective: This study aimed to evaluate the protective effect of PGE2 on osmotically activated mast cells, as a model of exercise-induced bronchoconstriction. Methods: We used LAD2, HMC-1, CD34-positive, and human lung mast cell lines. Cells underwent a mannitol challenge, and the effects of PGE2 and prostanoid receptor (EP) antagonists for EP14 were assayed on the activated mast cells. Betahexosaminidase release, protein phosphorylation, and calcium mobilization were assessed. Results: Mannitol both induced mast cell degranulation and activated phosphatidyl inositide 3-kinase and mitogenactivated protein kinase (MAPK) pathways, thereby causing de novo eicosanoid and cytokine synthesis. The addition of PGE2 significantly reduced mannitol-induced degranulation through EP2 and EP4 receptors, as measured by betahexosaminidase release, and consequently calcium influx. Extracellular-signal-regulated kinase 1/2, c-Jun N-terminal kinase,and p38 phosphorylation were diminished when compared with mannitol activation alone. Conclusions: Our data show a protective role for the PGE2 receptors EP2 and EP4 following osmotic changes, through the reduction of human mast cell activity caused by calcium influx impairment and MAP kinase inhibition.

Cyclic AMP increases the survival of ganglion cells in mixed retinal cell cultures in the absence of exogenous neurotrophic molecules, an effect that involves cholinergic activity

Natural cell death is a well-known degenerative phenomenon occurring during development of the nervous system. The role of trophic molecules produced by target and afferent cells as well as by glial cells has been extensively demonstrated. Literature data demonstrate that cAMP can modulate the survival of neuronal cells. Cultures of mixed retinal cells were treated with forskolin (an activator of the enzyme adenylyl cyclase) for 48 h. The results show that 50 µM forskolin induced a two-fold increase in the survival of retinal ganglion cells (RGCs) in the absence of exogenous trophic factors. This effect was dose dependent and abolished by 1 µM H89 (an inhibitor of protein kinase A), 1.25 µM chelerythrine chloride (an inhibitor of protein kinase C), 50 µM PD 98059 (an inhibitor of MEK), 25 µM Ly 294002 (an inhibitor of phosphatidylinositol-3 kinase), 30 nM brefeldin A (an inhibitor of polypeptide release), and 10 µM genistein or 1 ng/ml herbimycin (inhibitors of tyrosine kinase enzymes). The inhibition of muscarinic receptors by 10 µM atropine or 1 µM telenzepine also blocked the effect of forskolin. When we used 25 µM BAPTA, an intracellular calcium chelator, as well as 20 µM 5-fluoro-2'-deoxyuridine, an inhibitor of cell proliferation, we also abolished the effect. Our results indicate that cAMP plays an important role controlling the survival of RGCs. This effect is directly dependent on M1 receptor activation indicating that cholinergic activity mediates the increase in RGC survival. We propose a model which involves cholinergic amacrine cells and glial cells in the increase of RGC survival elicited by forskolin treatment.

Quercetin postconditioning attenuates myocardial ischemia/reperfusion injury in rats through the PI3K/Akt pathway

Quercetin (Que), a plant-derived flavonoid, has multiple benefical actions on the cardiovascular system. The current study investigated whether Que postconditioning has any protective effects on myocardial ischemia/reperfusion (I/R) injury in vivo and its potential cardioprotective mechanisms. Male Sprague-Dawley rats were randomly allocated to 5 groups (20 animals/group): sham, I/R, Que postconditioning, Que+LY294002 [a phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)/Akt signaling pathway inhibitor], and LY294002+I/R. I/R was produced by 30-min coronary occlusion followed by 2-h reperfusion. At the end of reperfusion, myocardial infarct size and biochemical changes were compared. Apoptosis was evaluated by both TUNEL staining and measurement of activated caspase-3 immunoreactivity. The phosphorylation of Akt and protein expression of Bcl-2 and Bax were determined by Western blotting. Que postconditioning significantly reduced infarct size and serum levels of creatine kinase and lactate dehydrogenase compared with the I/R group (all P<0.05). Apoptotic cardiomyocytes and caspase-3 immunoreactivity were also suppressed in the Que postconditioning group compared with the I/R group (both P<0.05). Akt phosphorylation and Bcl-2 expression increased after Que postconditioning, but Bax expression decreased. These effects were inhibited by LY294002. The data indicate that Que postconditioning can induce cardioprotection by activating the PI3K/Akt signaling pathway and modulating the expression of Bcl-2 and Bax proteins.

ERKs and mitochondria-related pathways are essential for glycyrrhizic acid-mediated neuroprotection against glutamate-induced toxicity in differentiated PC12 cells

The present study focuses on the neuroprotective effect of glycyrrhizic acid (GA, a major compound separated from Glycyrrhiza Radix, which is a crude Chinese traditional drug) against glutamate-induced cytotoxicity in differentiated PC12 (DPC12) cells. The results showed that GA treatment improved cell viability and ameliorated abnormal glutamate-induced alterations in mitochondria in DPC12 cells. GA reversed glutamate-suppressed B-cell lymphoma 2 levels, inhibited glutamate-enhanced expressions of Bax and cleaved caspase 3, and reduced cytochrome C (Cyto C) release. Exposure to glutamate strongly inhibited phosphorylation of AKT (protein kinase B) and extracellular signal-regulated kinases (ERKs); however, GA pretreatment enhanced activation of ERKs but not AKT. The presence of PD98059 (a mitogen-activated protein/extracellular signal-regulated kinase kinase [MEK] inhibitor) but not LY294002 (a phosphoinositide 3-kinase [PI3K] inhibitor) diminished the potency of GA for improving viability of glutamate-exposed DPC12 cells. These results indicated that ERKs and mitochondria-related pathways are essential for the neuroprotective effect of GA against glutamate-induced toxicity in DPC12 cells. The present study provides experimental evidence supporting GA as a potential therapeutic agent for use in the treatment of neurodegenerative diseases.

Pharmacological characterization of the relaxant effect induced by adrenomedullin in rat cavernosal smooth muscle

The aim of the present study was to determine the mechanisms underlying the relaxant effect of adrenomedullin (AM) in rat cavernosal smooth muscle (CSM) and the expression of AM system components in this tissue. Functional assays using standard muscle bath procedures were performed in CSM isolated from male Wistar rats. Protein and mRNA levels of pre-pro-AM, calcitonin receptor-like receptor (CRLR), and Subtypes 1, 2 and 3 of the receptor activity-modifying protein (RAMP) family were assessed by Western immunoblotting and quantitative real-time polymerase chain reaction, respectively. Nitrate and 6-keto-prostaglandin F1α (6-keto-PGF1α; a stable product of prostacyclin) levels were determined using commercially available kits. Protein and mRNA of AM, CRLR, and RAMP 1, -2, and -3 were detected in rat CSM. Immunohistochemical assays demonstrated that AM and CRLR were expressed in rat CSM. AM relaxed CSM strips in a concentration-dependent manner. AM22-52, a selective antagonist for AM receptors, reduced the relaxation induced by AM. Conversely, CGRP8-37, a selective antagonist for calcitonin gene-related peptide receptors, did not affect AM-induced relaxation. Preincubation of CSM strips with NG-nitro-L-arginine-methyl-ester (L-NAME, nitric oxide synthase inhibitor), 1H-(1,2,4)oxadiazolo[4,3-a]quinoxalin-1-one (ODQ, quanylyl cyclase inhibitor), Rp-8-Br-PET-cGMPS (cGMP-dependent protein kinase inhibitor), SC560 [5-(4-chlorophenyl)-1-(4-methoxyphenyl)-3-trifluoromethyl pyrazole, selective cyclooxygenase-1 inhibitor], and 4-aminopyridine (voltage-dependent K+ channel blocker) reduced AM-induced relaxation. On the other hand, 7-nitroindazole (selective neuronal nitric oxide synthase inhibitor), wortmannin (phosphatidylinositol 3-kinase inhibitor), H89 (protein kinase A inhibitor), SQ22536 [9-(tetrahydro-2-furanyl)-9H-purin-6-amine, adenylate cyclase inhibitor], glibenclamide (selective blocker of ATP-sensitive K+ channels), and apamin (Ca2+-activated channel blocker) did not affect AM-induced relaxation. AM increased nitrate levels and 6-keto-PGF1α in rat CSM. The major new contribution of this research is that it demonstrated expression of AM and its receptor in rat CSM. Moreover, we provided evidence that AM-induced relaxation in this tissue is mediated by AM receptors by a mechanism that involves the nitric oxide-cGMP pathway, a vasodilator prostanoid, and the opening of voltage-dependent K+ channels.

Silibinin improves palmitate-induced insulin resistance in C2C12 myotubes by attenuating IRS-1/PI3K/Akt pathway inhibition

The present study investigated the effect of silibinin, the principal potential anti-inflammatory flavonoid contained in silymarin, a mixture of flavonolignans extracted from Silybum marianum seeds, on palmitate-induced insulin resistance in C2C12 myotubes and its potential molecular mechanisms. Silibinin prevented the decrease of insulin-stimulated 2-NBDG (2-[N-(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino]-2-deoxy-D-glucose) uptake and the downregulation of glutamate transporter type 4 (GLUT4) translocation in C2C12 myotubes induced by palmitate. Meanwhile, silibinin suppressed the palmitate-induced decrease of insulin-stimulated Akt Ser473 phosphorylation, which was reversed by wortmannin, a specific inhibitor of phosphatidylinositol-3-kinase (PI3K). We also found that palmitate downregulated insulin-stimulated Tyr632 phosphorylation of insulin receptor substrate 1 (IRS-1) and up-regulated IRS-1 Ser307 phosphorylation. These effects were rebalanced by silibinin. Considering several serine/threonine kinases reported to phosphorylate IRS-1 at Ser307, treatment with silibinin downregulated the phosphorylation of both c-Jun N-terminal kinase (JNK) and nuclear factor-κB kinase β (IKKβ), which was increased by palmitate in C2C12 myotubes mediating inflammatory status, whereas the phosphorylation of PKC-θ was not significantly modulated by silibinin. Collectively, the results indicated that silibinin prevented inhibition of the IRS-1/PI3K/Akt pathway, thus ameliorating palmitate-induced insulin resistance in C2C12 myotubes.

Ropinirole alters gene expression profiles in SH-SY5Y cells: a whole genome microarray study

Ropinirole (ROP) is a dopamine agonist that has been used as therapy for Parkinson's disease. In the present study, we aimed to detect whether gene expression was modulated by ROP in SH-SY5Y cells. SH-SY5Y cell lines were treated with 10 µM ROP for 2 h, after which total RNA was extracted for whole genome analysis. Gene expression profiling revealed that 113 genes were differentially expressed after ROP treatment compared with control cells. Further pathway analysis revealed modulation of the phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) signaling pathway, with prominent upregulation of PIK3C2B. Moreover, batches of regulated genes, including PIK3C2B, were found to be located on chromosome 1. These findings were validated by quantitative RT-PCR and Western blot analysis. Our study, therefore, revealed that ROP altered gene expression in SH-SY5Y cells, and future investigation of PIK3C2B and other loci on chromosome 1 may provide long-term implications for identifying novel target genes of Parkinson's disease.

Effects of naringenin on glucose uptake in L6 skeletal muscle cells

Diabetes mellitus is a disorder of inadequate insulin action and consequent high blood glucose levels. Type 2 diabetes accounts for the majority of cases of the disease and is characterized by insulin resistance and relative insulin deficiency resulting in metabolic deregulation. It is a complex disorder to treat as its pathogenesis is not fully understood and involves a variety of defects including ~-cell failure, insulin resistance in the classic target tissues (adipose, muscle, liver), as well as defects in a-cells and kidney, brain, and gastrointestinal tissue. Present oral treatments, which aim at mimicking the effects of insulin, remain limited in their efficacy and therefore the study of the effects of novel compounds on insulin target tissues is an important area of research both for potentially finding more treatment options as well as for increasing our knowledge of metabolic regulation in health and disease. In recent years the extensively studied polyphenol, resveratrol, has been reported to have antidiabetic effects showing that it increases glucose uptake by skeletal muscle cells and prevents fatty acid-induced insulin resistance in vitro and in vivo. Naringenin, a citrus flavonoid with structural similarities to resveratrol, is reported to have antioxidan.t, antiproliferative, anticancer, and anti-inflammatory properties. Effects on glucose and lipid metabolism have also been reported including blood glucose and lipid lowering effects. However, whether naringenin has insulinlike effects is not clear. In the present study the effects of naringenin on glucose uptake in skeletal muscle cells are examined and compared with those of insulin. Naringenin treatment of L6 myotubes increased glucose uptake in a dose- and time dependent manner and independent of insulin. The effects of naringenin on glucose uptake achieved similar levels as seen with maximum insulin stimulation and its effect was additive with sub-maximal insulin treatment. Like insulin naringenin treatment did not increase glucose uptake in myoblasts. To elucidate the mechanism involved in naringenin action we looked at its effect on phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) and Akt, two signalling molecules that are involved in the insulin signalling cascade leading to glucose uptake. Naringenin did not stimulate basal or insulinstimulated Akt phosphorylation but inhibition of PI3K by wortmannin partially repressed the naringenin-induced glucose uptake. We also examined naringenin's effect on AMP-activated protein kinase (AMPK), a molecule that is involved in mediating glucose uptake by a variety of stimuli. Naringenin stimulated AMPK phosphorylation and this effect was not inhibited by wortmannin. To deduce the nature of the naringenin-stimulated AMPK phosphorylation and its impact on glucose uptake we examined the role of several molecules implicated in mod.ulating AMPK activity including SIRTl, LKB 1, and ca2+ Icalmodulin-dependent protein kinase kinase (CaMKK). Our results indicate that inhibition of SIRTI did not prevent the naringeninstimulated glucose uptake Of. AMPK phosphorylation; naringenin did not stimulate LKB 1 phosphorylation; and inhibition of CaMKK did not prevent naringeninstimulated glucose uptake. Inhibition of AMPK by compound C also did not prevent naringenin-stimulated glucose uptake but effectively inhibited the phosphorylation of AMPK suggesting that AMPK may not be required for the naringenin-stimulated glucose uptake.

La fibrose en deux parties : de la paillasse à la souris

L’apoptose des cellules endothéliales (CE) représente un évènement initial dans le développement de plusieurs pathologies fibrotiques telles que le rejet chronique d’allogreffe et la sclérose systémique. Nous avons démontré que les médiateurs issus des CE apoptotiques entraîne la différenciation myofibroblastique et la résistance à l’apoptose, deux mécanismes centraux à la fibrogénèse. L’activation de PI3K (phospatidylinositol-3 kinase) caractérise ces deux mécanismes. Un fragment C-terminal du perlécan (LG3) produit par les CE apoptotiques inhibe l’apoptose des fibroblastes. Les objectifs de ce travail étaient de : 1. définir les récepteurs et la signalisation impliqués dans la réponse anti-apoptotique et 2. caractériser les médiateurs fibrogéniques responsables de la différenciation myofibroblastique. En ce qui a trait à la réponse anti-apoptotique, l’inhibition des intégrines 21 ou des kinases de la famille Src (SFK) chez les fibroblastes prévient la résistance à l’apoptose et la phosphorylation d’Akt normalement induites par le milieu conditionné par des CE apoptotiques (SSC) ou le LG3. Ces résultats suggèrent que le LG3 produit par les CE apoptotiques initie un état de résistance à l’apoptose chez les fibroblastes par des voies α2β1integrines/SFK/PI3K dépendantes. Le LG3 n’induit cependant pas la différenciation myofibroblastique. Nous avons donc caractérisé le milieu SSC de façon à identifier les médiateurs responsables de la différenciation myofibroblastique. Les milieux conditionnés par des CE apoptotiques et non-apoptotiques (respectivement SSC et SSC-ZVAD) ont été analysés comparativement par chromatographie liquide bi-dimensionnelle, immunobuvardage et spectrométrie de masse. Le connective tissue growth factor (CTGF) est le seul facteur fibrogénique connu augmenté dans le milieu SSC. L’inhibition de la caspase-3 chez les CE prévient la relâche de CTGF. Au niveau du fibroblaste, l’inhibition de SFK ou de Pyk2 (proline-rich tyrosine kinase-2) prévient la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF in vitro. L’anticorps neutralisant contre le TGF- (Transforming growth factor beta) n’est pas en mesure de bloquer la différenciation myofibroblastique induite par le SSC ou le CTGF. Des injections quotidiennes sous-cutanées de SSC chez la souris C3H pour 3 semaines entraîne une augmentation de l’épaisseur de la peau et des niveaux protéiques d’SMA, de vimentine et de collagène I. Cette réponse fibrogénique est réduite chez les souris qui ont reçu le SSC-ZVAD ou le SSC immunodéplété de son CTGF. Ces résultats apportent de nouvelles issues mécanistiques au niveau de la réponse fibrogénique activée par la mort des CE. L’activation des caspases chez les CE apoptotiques entraîne la production de LG3 et de CTGF qui, à leur tour, activent des voies de signalisation pro-fibrotiques SFK/PI3K dépendantes chez les fibroblastes, et ce indépendamment du TGF-.

Endothelin-1 and H2O2-induced signaling in vascular smooth muscle cells : modulation by CaMKII and Nitric oxide

L’endothéline-1 (ET-1) est un peptide vasoactif extrêmement puissant qui possède une forte activité mitogénique dans les cellules du muscle lisse vasculaire (VSMCs). Il a été démontré que l’ET-1 est impliquée dans plusieurs maladies cardio-vasculaires, comme l’athérosclérose, l'hypertension, la resténose après l'angioplastie, l’insuffisance cardiaque et l'arythmie. L’ET-1 exerce ses effets via plusieurs voies de signalisation qui incluent le Ca2+, les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPKs) y compris les kinases régulées par les signaux extracellulaires (ERK1/2) et la voie de la phosphatidylinositol 3-kinase (PI-3K)/protein kinase B (PKB). Plusieurs études ont démontré que les dérivés réactifs de l'oxygène (ROS) peuvent jouer un rôle important dans la signalisation d’ERK1/2 et de PKB induite par plusieurs facteurs de croissance et hormones. Nous avons précédemment montré que l'ET-1 produit des ROS qui agissent comme médiateur de la signalisation cellulaire induite par l’ET-1. Le peroxyde d’hydrogène (H2O2), une molécule qui appartient à la famille des ROS, peut activer les voies de la MAPK et de la PKB dans les VSMCs. Par ailleurs, nos résultats suggèrent également que le Ca2+ et la calmoduline (CaM) sont essentiels pour la phosphorylation d’ERK1/2, de p38 et de PKB induite par le H2O2 dans les VSMCs. La Ca2+/CaM-dependent protein kinases II (CaMKII) est une sérine/thréonine protéine kinase multifonctionnelle activée par le Ca2+/CaM. Il a été montré que la CaMKII est impliquée dans les voies de signalisation induite par le H2O2 dans les cellules endothéliales. Cependant, le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de la proline-rich tyrosine kinase 2 (Pyk2) induite par l’ET-1 et le H2O2, de même que son rôle dans l’effet hypertrophique et prolifératif de l’ET-1 dans les VSMCs demeure inexploré. Le monoxyde d’azote (NO) est une molécule vasoactive impliquée dans la régulation de plusieurs réponses hormonales. Le NO peut moduler la signalisation contrôlant la croissance cellulaire induite par plusieurs agonistes d’où son rôle protecteur dans le système vasculaire. Des études ont montré que le NO peut inhiber la voie de Ras/Raf/ERK1/2 et la voie de PKB induite par le facteur de croissance endothélial (EGF) et l’angiotensine II (Ang II). Beaucoup d’autres travaux ont mis en évidence un cross-talk entre les voies de signalisation activées par l’ET-1 et le NO. La capacité du NO à inhiber la signalisation intracellulaire induite par l’ET-1 dans les VSMCs demeure inconnue. Le travail présenté dans cette thèse vise à déterminer le rôle du système Ca2+-CaM-CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 et le H2O2 ainsi que son rôle dans la croissance et la prolifération cellulaire induites par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également testé le rôle du NO dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 ainsi que la synthèse protéique induite par l’ET-1. Dans la première partie de notre étude, nous avons examiné le rôle de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs en utilisant trois approches différentes i.e. l'usage d'inhibiteurs pharmacologiques, un peptide auto-inhibiteur de la CaMKII (CaMKII AIP) et la technique de siRNA. Nous avons démontré que la CaMKII est impliquée dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Des études précédentes ont montré à l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques comme le KN-93 que l'Ang II et les agents induisant une augmentation de la concentration en Ca2+ intracellulaire comme l’ionomycine, provoquent la phosphorylation d’ERK1/2 via la CaM dans les VSMCs. Cependant, en utilisant différentes approches, nos études ont montré pour la première fois une implication de la CaMKII dans la phosphorylation d’ERK1/2 et de PKB induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Nous avons également rapporté pour la première fois, un rôle crucial de la CaMKII dans la pathophysiologie vasculaire associée à l’ET-1 puisque l’activation de la CaMKII joue un rôle important dans l’hypertrophie et la croissance cellulaire. Dans la deuxième partie, à la lumière des études précédentes qui montraient que les ROS agissent comme médiateurs de la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs, nous avons examiné si la CaMKII est également impliquée dans l’activation des voies d’ERK1/2 et de PKB induite par le H2O2. En utilisant des approches pharmacologiques et moléculaires, nous avons montré, comme pour l’ET-1, que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par le H2O2. Nous avons précédemment montré que la transactivation du récepteur de type I de l’insulin-like growth factor (IGF-1R) est nécessaire à l’activation de PKB induite par le H2O2. Pour cette raison, nous avons examiné l'effet de l'inhibition de la CaMKII par l’inhibiteur pharmacologique ou par le knock-down de la CaMKII sur la phosphorylation d’IGF-1R induite par le H2O2. Les résultats démontrent que la CaMKII joue un rôle critique en amont de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et d’IGF-1R induite par le H2O2. Dans la troisième partie de notre étude, nous avons également examiné le mécanisme moléculaire par lequel le NO exerce ses effets anti-mitogéniques et anti-hypertrophiques dans la signalisation induite par l’ET-1. En testant l'effet de deux différents donneurs de NO (S-nitroso-N-acetylpenicillamine (SNAP), sodium nitroprusside (SNP)) et un inhibiteur de NO synthase, le N (G)-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) dans la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1, nous avons observé que le NO a un effet inhibiteur sur la signalisation induite par l’ET-1 dans les VSMCs. Par ailleurs, le 8-Br-GMPc, un analogue du GMPc, a un effet similaire à celui des deux donneurs du NO, tandis que l’oxadiazole quinoxaline (ODQ), un inhibiteur de la guanylate cyclase soluble, inverse l'effet inhibiteur du NO. Nous concluons que le NO diminue la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1 d’une manière dépendante du GMPc. Le NO inhibe aussi les effets hypertrophiques de l’ET-1 puisque le traitement avec le SNAP diminue la synthèse des protéines induite par l’ET-1. En résumé, les études présentées dans cette thèse démontrent que l’ET-1 et le H2O2 sont des activateurs de la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 dans les VSMCs et que la CaMKII s’avère nécessaire pour ce processus, en agissant en amont de l’activation de IGF-1R induite par le H2O2 dans les VSMCs. Elles montrent également que le NO inhibe la phosphorylation d’ERK1/2, de PKB et de Pyk2 induite par l’ET-1. Enfin, nos travaux suggèrent aussi que l’activation de la CaMKII stimule la synthèse des protéines et de l’ADN induites par l’ET-1 alors que le NO inhibe la synthèse des protéines induite par ET-1. Mots clés: Endothéline ; Peroxyde d'hydrogène ; CaMKII ; Monoxyde d’azote ; Système vasculaire ; PKB; ERK1/2; IGF-1R; Hypertrophie.

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.

Role of receptor and non-receptor protein tyrosine kinases in vasoactive peptide-induced signaling

L'endothéline-1 (ET-1) et l'angiotensine II (Ang II) jouent un rôle important dans le maintien de la pression artérielle et l'homéostasie vasculaire. Une activité accrue de ces peptides vasoactifs est présumée contribuer au développement de pathologies vasculaires, telles que l'hypertension, l'athérosclérose, l'hypertrophie et la resténose. Ceci est causé par une activation excessive de plusieurs voies de signalisation hypertrophiques et prolifératives, qui incluent des membres de la famille des Mitogen Activated Protein Kinases (MAPK), ainsi que la famille phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K) / protéine kinase B (PKB). Bien que l'activation de ces voies de signalisation soit bien élucidée, les éléments en amont responsables de l'activation des MAPK et de la PKB, induite par l'ET-1 et Ang II, demeurent mal compris. Durant les dernières années, le concept de la transactivation de récepteurs et/ou non-récepteurs protéines tyrosine kinases (PTK) dans le déclenchement des événements de signalisation induits par les peptides vasoactifs a gagné beaucoup de reconnaissance. Nous avons récemment démontré que la PTK Insulin-like Growth Factor type-1 Receptor (IGF-1R) joue un rôle dans la transduction des signaux induits par l‟H2O2, menant à la phosphorylation de la PKB. Étant donné que les peptides vasoactifs génèrent des espèces réactives d'oxygène, telles que l‟H2O2 lors de leur signalisation, nous avons examiné le rôle de d‟IGF-1R dans la phosphorylation de la PKB et les réponses hypertrophiques dans les cellules muscle lisse vasculaires (CMLV) induites par l'ET-1 et Ang II. AG-1024, un inhibiteur spécifique de l'IGF-1R, a atténué la phosphorylation de la PKB induite à la fois par l'ET-1 et Ang II. Le traitement des CMLVs avec l‟ET-1 et Ang II a également induit une phosphorylation des résidus tyrosine dans les sites d'autophosphorylation d'IGF-1R, celle-ci a été bloquée par l‟AG-1024. En outre, l‟ET-1 et l‟Ang II on tous les deux provoqué la phosphorylation de c-Src, une PTK non-récepteur, bloqué par PP-2, inhibiteur spécifique de la famille Src. La PP-2 a également inhibé la phosphorylation de PKB et d‟IGF-1R induite par l‟ET-1 et l‟Ang II. De plus, la synthèse de protéines ainsi que d‟ADN, marqueurs de la prolifération cellulaire et de l'hypertrophie, ont également été atténuée par l‟AG-1024 et le PP-2. Bien que ce travail démontre le rôle de c-Src dans la phosphorylation PKB induite par l'ET-1 et Ang II, son rôle dans l'activation des MAPK induit par l'ET-1 dans les CMLVs reste controversé. Par conséquent, nous avons examiné l'implication de c-Src dans l'activation de ERK 1/2, JNK et p38MAPK, par l'ET-1 et Ang II, ainsi que leur capacité à régulariser l'expression du facteur de transcription Early growth transcription factor-1 « Egr-1 ». ET-1 et Ang II ont induit la phosphorylation de ERK 1/2, JNK et p38 MAPK, et ont amplifié l'expression d'Egr-1 dans les CMLVs. Cette augmentation de la phosphorylation des MAPK a été diminuée par la PP-2, qui a aussi atténué l'expression d'Egr-1 induite par l'ET-1 et l'Ang II. Une preuve supplémentaire du rôle de c-Src dans ce processus a été obtenue en utilisant des fibroblastes embryonnaires de souris déficientes en c-Src (Src -/- MEF). L'expression d'Egr-1, ainsi que l'activation des trois MAPKs par l'ET-1 ont été atténuées dans les cellules Src -/- par rapport au MEF exprimant des taux normaux Src. En résumé, ces données suggèrent que l'IGF-1R et c-Src PTK jouent un rôle essentiel dans la régulation de la phosphorylation de PKB et des MAPK dans l‟expression d'Egr-1, ainsi que dans les réponses hypertrophiques et prolifératives induites par l'ET-1 et Ang II dans les CMLVs.

Les mécanismes de régulation du métabolisme lipidique par les peptides QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides)

Plusieurs cibles thérapeutiques dans le développement de médicaments contre l’obésité visent une diminution de l’appétit et de la masse adipeuse et à augmenter la dépense énergétique. L’appétit et le métabolisme énergétique sont régulés par certains neuropeptides qui agissent au niveau du système nerveux central, notamment dans l’hypothalamus. Parmi ces neuropeptides, les peptides RF-amide ou QRFP (pyroglutamylated RF-amide peptides), ainsi nommés par la présence du motif conservé Arg-Phe-NH2 dans le domaine C-terminal, induisent une hyperphagie et une augmentation de la masse adipeuse lorsqu’administrés par voie centrale. Les formes bioactives de ces peptides comprennent principalement 43 (QRFP-43) et 26 (QRFP-26) acides aminés. Outre les peptides QRFP, leurs récepteurs, les GPR103 de la famille des récepteurs à 7 passages transmembranaires couplés aux protéines G, sont exprimés dans l’hypothalamus. Plus récemment, des études ont montré la sécrétion de ces neuropeptides, et la présence du GPR103, dans le tissu adipeux. Cependant, le rôle de la voie signalétique (QRFP/GPR103) dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau périphérique est peu connu. Les travaux de cette thèse ont porté sur la caractérisation des effets adipogéniques périphériques des neuropeptides QRFP. En premier lieu, nos travaux ont montré que les adipocytes 3T3-L1 et les adipocytes murins isolés des dépôts adipeux blancs expriment le prépro-QRFP et uniquement le récepteur GPR103B, un des deux sous-types de récepteurs présents chez la souris. De plus, nous avons montré que l’expression du récepteur est régulée par une diète riche en lipides réduisant l’expression du prépro-QRFP, mais augmentant celle du GPR103B dans les dépôts lipidiques. Chez l’humain, les adipocytes de l’omentum expriment autant le GPR103 que le prépro-QRFP. Nous avons de plus étudié la fonctionnalité du GPR103B dans les adipocytes 3T3-L1 par l’utilisation d’ARN interférents. Nous avons observé que ce récepteur médie les effets adipogéniques des QRFPs en augmentant l’expression du récepteur nucléaire PPAR-gamma (peroxisome proliferator-activated receptor gamma) et le facteur de transcription C/EBP-alpha (CCAAT-enhancer binding protein alpha) résultant en une accumulation des triglycérides. Nous avons aussi mis en évidence les effets anti-lipolytiques des QRFPs. En effet, les QRFP inhibent fortement la lipolyse induite avec l’isoprotérénol. L’étude des mécanismes moléculaires à l’origine des effets anti-lipolytiques du QRFP-43 a montré l’activation de la voie de signalisation PI3-K/PKB (phosphatidylinositol 3-kinase/protéine kinase B) en réponse à la stimulation du GPR103B. La réponse anti-lipolytique induite par le QRFP-43 est associée à une diminution de la phosphorylation de la périlipine A (PLIN1a) et de la lipase hormono-sensible (HSL). Nos études ont élucidé les mécanismes conduisant à l’inhibition de la phosphorylation de la PLIN1a en réponse à l’activation du GPR103B, impliquant l’inhibition de la migration de la cavéoline 1 et de la sous unité catalytique de la protéine kinase A (PKA) au niveau des gouttelettes lipidiques, ainsi que l’inhibition de l’activité des Src kinases et de la protéine kinase C (PKC). En conclusion, nos travaux ont montré que les QRFP-43 et -26 exercent un effet adipogénique et anti-lipolytique dans les adipocytes, mettant ainsi en évidence le rôle des neuropeptides QRFPs dans la régulation du métabolisme lipidique au niveau adipocytaire.