Role of the homeodomain transcription factor Hoxa13 in embryonic development and formation of extra-embryonic structures

La famille des gènes Hox code pour des facteurs de transcription connus pour leur contribution essentielle à l’élaboration de l’architecture du corps et ce, au sein de tout le règne animal. Au cours de l’évolution chez les vertébrés, les gènes Hox ont été redéfinis pour générer toute une variété de nouveaux tissus/organes. Souvent, cette diversification s’est effectuée via des changements quant au contrôle transcriptionnel des gènes Hox. Chez les mammifères, la fonction de Hoxa13 n’est pas restreinte qu’à l’embryon même, mais s’avère également essentielle pour le développement de la vascularisation fœtale au sein du labyrinthe placentaire, suggérant ainsi que sa fonction au sein de cette structure aurait accompagné l’émergence des espèces placentaires. Au chapitre 2, nous mettons en lumière le recrutement de deux autres gènes Hoxa, soient Hoxa10 et Hoxa11, au compartiment extra-embryonnaire. Nous démontrons que l’expression de Hoxa10, Hoxa11 et Hoxa13 est requise au sein de l’allantoïde, précurseur du cordon ombilical et du système vasculaire fœtal au sein du labyrinthe placentaire. De façon intéressante, nous avons découvert que l’expression des gènes Hoxa10-13 dans l’allantoïde n’est pas restreinte qu’aux mammifères placentaires, mais est également présente chez un vertébré non-placentaire, indiquant que le recrutement des ces gènes dans l’allantoïde précède fort probablement l’émergence des espèces placentaires. Nous avons généré des réarrangements génétiques et utilisé des essais transgéniques pour étudier les mécanismes régulant l’expression des gènes Hoxa dans l’allantoïde. Nous avons identifié un fragment intergénique de 50 kb capable d’induire l’expression d’un gène rapporteur dans l’allantoïde. Cependant, nous avons trouvé que le mécanisme de régulation contrôlant l’expression du gène Hoxa au sein du compartiment extra-embryonnaire est fort complexe et repose sur plus qu’un seul élément cis-régulateur. Au chapitre 3, nous avons utilisé la cartographie génétique du destin cellulaire pour évaluer la contribution globale des cellules exprimant Hoxa13 aux différentes structures embryonnaires. Plus particulièrement, nous avons examiné plus en détail l’analyse de la cartographie du destin cellulaire de Hoxa13 dans les pattes antérieures en développement. Nous avons pu déterminer que, dans le squelette du membre, tous les éléments squelettiques de l’autopode (main), à l’exception de quelques cellules dans les éléments carpiens les plus proximaux, proviennent des cellules exprimant Hoxa13. En contraste, nous avons découvert que, au sein du compartiment musculaire, les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes (Hoxa13lin+) s’étendent à des domaines plus proximaux du membre, où ils contribuent à générer la plupart des masses musculaires de l’avant-bras et, en partie, du triceps. De façon intéressante, nous avons découvert que les cellules exprimant Hoxa13 et leurs descendantes ne sont pas distribuées uniformément parmi les différents muscles. Au sein d’une même masse musculaire, les fibres avec une contribution Hoxa13lin+ différente peuvent être identifiées et les fibres avec une contribution semblable sont souvent regroupées ensemble. Ce résultat évoque la possibilité que Hoxa13 soit impliqué dans la mise en place de caractéristiques spécifiques des groupes musculaires, ou la mise en place de connections nerf-muscle. Prises dans leur ensemble, les données ici présentées permettent de mieux comprendre le rôle de Hoxa13 au sein des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires. Par ailleurs, nos résultats seront d’une importance primordiale pour soutenir les futures études visant à expliquer les mécanismes transcriptionnels soutenant la régulation des gènes Hoxa dans les tissus extra-embryonnaires.

Caractérisation du Prostate-derived Ets transcription factor (PDEF) comme antigène tumoral candidat des cancers invasifs du sein

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

The role of transcription factor Nrf2 in osteoarthritis

Introduction: L'arthrose est caractérisée par une destruction progressive du cartilage, une inflammation synoviale, et un remodelage de l’os sous-chondral avec une production excessive des médiateurs inflammatoires et cataboliques. Nous avons démontré que le niveau du 4-hydroxynonénal (4-HNE), un produit de la peroxydation lipidique, est augmenté dans le cartilage humain arthrosique sans qu’on sache le mécanisme exacte impliqué dans l’augmentation de cette molécule. Des données de la littérature indiquent que l’accumulation du HNE est contrôlée par l’action de la glutathione S-transférase A4-4 (GSTA4-4), une enzyme impliquée dans la détoxification du HNE. Au niveau transcriptionel, l’expression de cette enzyme est régulée par la transactivation du facteur de transcription Nrf2. Objectif: L’objectif de cette étude vise à démontrer que l’augmentation du HNE dans le cartilage arthrosique est attribuée, en partie, à l’altération de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2. Méthode: Le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 a été mesurée par Western blot et par PCR en temps réel dans le cartilage humain arthrosique et dans le cartilage provenant des souris atteintes d’arthrose. Pour démontrer le rôle du Nrf2 dans l’arthrose, les chondrocytes humains arthrosiques ont été traités par l’interleukine 1beta (IL-1β) ou par le H2O2 en présence ou en absence des activateurs du Nrf2 tels que le Protandim®, AI, et du 6-Gingérol. Par ailleurs, les chondrocytes ont été transfectés par un vecteur d’expression de Nrf2 puis traités par l’IL-β. En utilisant le modèle d’arthrose chez la souris, les animaux ont été traités par voie orale de 10 mg/kg/jour de Protandim® pendant 8 semaines. Résultats: Nous avons observé une diminution significative de l’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 dans le cartilage humain et murin arthrosique. L'activation de Nrf2 bloque la stimulation de la métalloprotéinase-13 (MMP-13), la prostaglandine E2 (PGE2) et de l'oxyde nitrique (NO) par l’IL-1β. En outre, nous avons montré que l'activation Nrf2 protège les cellules contre la mort cellulaire induite par H2O2. Fait intéressant, l'administration orale de Protandim® réduit la production du HNE par l'intermédiaire de l’activation de la GSTA4. Nous avons démontré que le niveau d’expression de la GSTA4-4 et de Nrf2 diminue dans le cartilage provenant des patients et des souris atteints d’arthrose. De plus, la surexpression de ce facteur nucléaire Nrf2 empêche la production du HNE et la MMP-13 et l’inactivation de la GSTA4-4. Dans notre modèle expérimental d’arthrose induite par déstabilisation du ménisque médial chez la souris, nous avons trouvé que l'administration orale de Protandim® à 10 mg / kg / jour réduit les lésions du cartilage. Conclusion: Cette étude est de la première pour démontrer le rôle physiopathologique du Nrf2 in vitro et in vivo. Nos résultats démontrent que l’activation du Nrf2 est essentielle afin de maintenir l’expression de la GSTA4-4 et de réduire le niveau du HNE. Le fait que les activateurs du Nrf2 abolissent la production de la HNE et aussi un certain nombre de facteurs connus pour être impliqués dans la pathogenèse de l’arthrose les rend des agents cliniquement utiles pour la prévention de la maladie.

The binding site distance test score: a robust method for the assessment of predicted protein binding sites

We propose a novel method for scoring the accuracy of protein binding site predictions – the Binding-site Distance Test (BDT) score. Recently, the Matthews Correlation Coefficient (MCC) has been used to evaluate binding site predictions, both by developers of new methods and by the assessors for the community wide prediction experiment – CASP8. Whilst being a rigorous scoring method, the MCC does not take into account the actual 3D location of the predicted residues from the observed binding site. Thus, an incorrectly predicted site that is nevertheless close to the observed binding site will obtain an identical score to the same number of nonbinding residues predicted at random. The MCC is somewhat affected by the subjectivity of determining observed binding residues and the ambiguity of choosing distance cutoffs. By contrast the BDT method produces continuous scores ranging between 0 and 1, relating to the distance between the predicted and observed residues. Residues predicted close to the binding site will score higher than those more distant, providing a better reflection of the true accuracy of predictions. The CASP8 function predictions were evaluated using both the MCC and BDT methods and the scores were compared. The BDT was found to strongly correlate with the MCC scores whilst also being less susceptible to the subjectivity of defining binding residues. We therefore suggest that this new simple score is a potentially more robust method for future evaluations of protein-ligand binding site predictions.

Genesis and expansion of metazoan transcription factor gene classes

We know little about the genomic events that led to the advent of a multicellular grade of organization in animals, one of the most dramatic transitions in evolution. Metazoan multicellularity is correlated with the evolution of embryogenesis, which presumably was underpinned by a gene regulatory network reliant on the differential activation of signaling pathways and transcription factors. Many transcription factor genes that play critical roles in bilaterian development largely appear to have evolved before the divergence of cnidarian and bilaterian lineages. In contrast, sponges seem to have a more limited suite of transcription factors, suggesting that the developmental regulatory gene repertoire changed markedly during early metazoan evolution. Using whole- genome information from the sponge Amphimedon queenslandica, a range of eumetazoans, and the choanoflagellate Monosiga brevicollis, we investigate the genesis and expansion of homeobox, Sox, T- box, and Fox transcription factor genes. Comparative analyses reveal that novel transcription factor domains ( such as Paired, POU, and T- box) arose very early in metazoan evolution, prior to the separation of extant metazoan phyla but after the divergence of choanoflagellate and metazoan lineages. Phylogenetic analyses indicate that transcription factor classes then gradually expanded at the base of Metazoa before the bilaterian radiation, with each class following a different evolutionary trajectory. Based on the limited number of transcription factors in the Amphimedon genome, we infer that the genome of the metazoan last common ancestor included fewer gene members in each class than are present in extant eumetazoans. Transcription factor orthologues present in sponge, cnidarian, and bilaterian genomes may represent part of the core metazoan regulatory network underlying the origin of animal development and multicellularity.

Comparative expression analysis of transcription factor genes in the endostyle of invertebrate chordates

The endostyle of invertebrate chordates is a pharyngeal organ that is thought to be homologous with the follicular thyroid of vertebrates. Although thyroid-like features such as iodine-concentrating and peroxidase activities are located in the dorsolateral part of both ascidian and amphioxus endostyles, the structural organization and numbers of functional units are different. To estimate phylogenetic relationships of each functional zone with special reference to the evolution of the thyroid, we have investigated, in ascidian and amphioxus, the expression patterns of thyroid-related transcription factors such as TTF-2/MoxE4 and Pax2/5/8, as well as the forkhead transcription factors FoxQ1 and FoxA. Comparative gene expression analyses depicted an overall similarity between ascidians and amphioxus endostyles, while differences in expression patterns of these genes might be specifically related to the addition or elimination of a pair of glandular zones. Expressions of Ci-FoxE and BbFoxE4 suggest that the ancestral FoxE class might have been recruited for the formation of thyroid-like region in a possible common ancestor of chordates. Furthermore, coexpression of FoxE4, Pax2/5/8, and TPO in the dorsolateral part of both ascidian and amphioxus endostyles suggests that genetic basis of the thyroid function was already in place before the vertebrate lineage. (c) 2005 Wiley-Liss, Inc.

Pharmacological characterisation of the agonist radioligand binding site of 5-HT2A, 5-HT2B and 5-HT2C receptors

In the present study we compared the affinity of various drugs for the high affinity "agonist-preferring" binding site of human recombinant 5-HT2A, 5-HT2B and 5-HT2C receptors stably expressed in monoclonal mammalian cell lines. To ensure that the "agonist-preferring" conformation of the receptor was preferentially labelled in competition binding experiments, saturation analysis was conducted using antagonist and agonist radiolabels at each receptor. Antagonist radiolabels ([H-3]-ketanserin for 5-HT2A receptor and [H-3]-mesulergine for 5-HT2B and 5-HT2C receptor) bound to a larger population of receptors in each preparation than the corresponding agonist radiolabel ([I-125]-DOI for 5-HT2A receptor binding and [H-3]-5-HT for 5-HT2B and 5-HT2C receptor binding). Competition experiments were subsequently conducted against appropriate concentrations of the agonist radiolabels bound to the "agonist-preferring" subset of receptors in each preparation. These studies confirmed that there are a number of highly selective antagonists available to investigate 5-HT2 receptor subtype function (for example, MDL 100907, RS-127445 and RS-102221 for 5-HT2A, 5-HT2B and 5-HT2C receptors respectively). There remains, however, a lack of highly selective agonists. (-)DOI is potent and moderately selective for 5-HT2A receptors, BW723C86 has poor selectivity for human 5-HT2B receptors, while Org 37684 and VER-3323 display some selectivity for the 5-HT2C receptor. We report for the first time in a single study, the selectivity of numerous serotonergic drugs for 5-HT2 receptors from the same species, in mammalian cell lines and using, exclusively, agonist radiolabels. The results indicate the importance of defining the selectivity of pharmacological tools, which may have been over-estimated in the past, and highlights the need to find more selective agonists to investigate 5-HT2 receptor pharmacology.

Techniques for quantifying effects of dietary antioxidants on transcription factor translocation and nitric oxide production in cultured cells

Dietary antioxidants can affect cellular processes relevant to chronic inflammatory diseases such as atherosclerosis. We have used non- standard techniques to quantify effects of the antioxidant soy isoflavones genistein and daidzein on translocation of Nuclear Factor-KB (NF-KB) and nitric oxide (NO) production, which are important in these diseases. Translocation was quantified using confocal immunofluoresecence microscopy and ratiometric image analysis. NO was quantified by an electrochemical method after reduction of its oxidation products in cell culture supernatants. Activation of the RAW 264.7 murine monocyte/macrophage cell line increased the ratio of nuclear to cytoplasmic immunostaining for NF-kB. The increase was exacerbated by pre-treatment with genistein or daidzein. To show that decreases could also be detected, pre-treatment with the pine bark extract Pycnogenol (R) r was examined, and found to reduce translocation. NO production was also increased by activation, but was reduced by pre-treatment with genistein or daidzein. In the EA. hy926 human endothelial cell line, constitutive production was detectable and was increased by thrombin. The confocal and electrochemical methods gave data that agreed with results obtained using the established electromobility shift and Griess assays, but were more sensitive, more convenient, gave more detailed information and avoided the use of radioisotopes.

Inhibition of 125I-epidermal growth factor binding to murine fibroblasts and keratinocytes by irradiation with ultraviolet-B light

Treatment of murine Swiss 3T3 fibroblasts and XB/2 keratinocytes with UV-B light (302 nm) resulted in a dose-dependent inhibition of [125I] epidermal growth factor (EGF) binding. The light dose required to achieve 50% inhibition of binding in both cell types was 80–85 J/m2 Decreased [125I] platelet-derived growth factor binding was not evoked even by light doses of up to 280 J/m2 UV-B irradiation did not stimultate phosphorylation of the 80 kd protein substrate for protein kinase C. Furthermore, its effect on [125I]EGF binding was not altered as a consequence of protein kinase C down-regulation following prolonged exposure of cells to phorbol esters. These results indicate that UV-B-induced transmodulation of the epidermal growth factor receptor is a specific event mediated through a protein kinase C-indepen dent pathway. Transfer of culture medium from irradiated cells to untreated control cells showed this effect was not induced as a result of transforming growth factor α release and subsequent binding to the EGF receptor in these cells.

Differential regulation of Krüppel-like factor family transcription factor expression in neonatal rat cardiac myocytes: effects of endothelin-1, oxidative stress and cytokines

Krüppel-like transcription factors (Klfs) modulate fundamental cell processes. Cardiac myocytes are terminally-differentiated, but hypertrophy in response to stimuli such as endothelin-1. H2O2 or cytokines promote myocyte apoptosis. Microarray studies of neonatal rat myocytes identified several Klfs as endothelin-1-responsive genes. We used quantitative PCR for further analysis of Klf expression in neonatal rat myocytes. In response to endothelin-1, Klf2 mRNA expression was rapidly increased ( approximately 9-fold; 15-30 min) with later increases in expression of Klf4 and Klf6 ( approximately 5-fold; 30-60 min). All were regulated as immediate early genes (cycloheximide did not inhibit the increases in expression). Klf5 expression was increased at 1-2 h ( approximately 13-fold) as a second phase response (cycloheximide inhibited the increase). These increases were transient and attenuated by U0126. H2O2 increased expression of Klf2, Klf4 and Klf6, but interleukin-1beta or tumor necrosis factor alpha downregulated Klf2 expression with no effect on Klf4 or Klf6. Of the Klfs which repress transcription, endothelin-1 rapidly downregulated expression of Klf3, Klf11 and Klf15. The dynamic regulation of expression of multiple Klf family members in cardiac myocytes suggests that, as a family, they are actively involved in regulating phenotypic responses (hypertrophy and apoptosis) to extracellular stimuli.