Construction and growth properties of bovine herpesvirus type 5 recombinants defective in the glycoprotein E or thymidine kinase gene or both

Bovine herpesvirus type 5 (BoHV-5) is an important pathogen of cattle in South America. We describe here the construction and characterization of deletion mutants defective in the glycoprotein E (gE) or thymidine kinase (TK) gene or both (gE/TK) from a highly neurovirulent and well-characterized Brazilian BoHV-5 strain (SV507/99). A gE-deleted recombinant virus (BoHV-5 gE∆) was first generated in which the entire gE open reading frame was replaced with a chimeric green fluorescent protein gene. A TK-deleted recombinant virus (BoHV-5 TK∆) was then generated in which most of the TK open reading frame sequences were deleted and replaced with a chimeric β-galactosidase gene. Subsequently, using the BoHV-5 gE∆ virus as backbone, a double gene-deleted (TK plus gE) BoHV-5 recombinant (BoHV-5 gE/TK∆) was generated. The deletion of the gE and TK genes was confirmed by immunoblotting and PCR, respectively. In Madin Darby bovine kidney (MDBK) cells, the mutants lacking gE (BoHV-5 gE∆) and TK + gE (BoHV-5 gE/TK∆) produced small plaques while the TK-deleted BoHV-5 produced wild-type-sized plaques. The growth kinetics and virus yields in MDBK cells for all three recombinants (BoHV-5 gE∆, BoHV-5 TK∆ and BoHV-5 gE/TK∆) were similar to those of the parental virus. It is our belief that the dual gene-deleted recombinant (BoHV-5 gE/TK∆) produced on the background of a highly neurovirulent Brazilian BoHV-5 strain may have potential application in a vaccine against BoHV-5.

Rat Dlx5 is expressed in the subventricular zone and promotes neuronal differentiation

The molecular mechanisms and potential clinical applications of neural precursor cells have recently been the subject of intensive study. Dlx5, a homeobox transcription factor related to the distal-less gene in Drosophila, was shown to play an important role during forebrain development. The subventricular zone (SVZ) in the adult brain harbors the largest abundance of neural precursors. The anterior SVZ (SVZa) contains the most representative neural precursors in the SVZ. Further research is necessary to elucidate how Dlx5-related genes regulate the differentiation of SVZa neural precursors. Here, we employed immunohistochemistry and molecular biology techniques to study the expression of Dlx5 and related homeobox genes Er81 and Islet1 in neonatal rat brain and in in vitro cultured SVZa neural precursors. Our results show that Dlx5 and Er81 are also highly expressed in the SVZa, rostral migratory stream, and olfactory bulb. Islet1 is only expressed in the striatum. In cultured SVZa neural precursors, Dlx5 mRNA expression gradually decreased with subsequent cell passages and was completely lost by passage four. We also transfected a Dlx5 recombinant plasmid and found that Dlx5 overexpression promoted neuronal differentiation of in vitro cultured SVZa neural precursors. Taken together, our data suggest that Dlx5 plays an important role during neuronal differentiation.

Transplantation of muscle-derived stem cells plus biodegradable fibrin glue restores the urethral sphincter in a pudendal nerve-transected rat model

We investigated whether fibrin glue (FG) could promote urethral sphincter restoration in muscle-derived stem cell (MDSC)-based injection therapies in a pudendal nerve-transected (PNT) rat, which was used as a stress urinary incontinence (SUI) model. MDSCs were purified from the gastrocnemius muscles of 4-week-old inbred female SPF Wistar rats and labeled with green fluorescent protein. Animals were divided into five groups (N = 15): sham (S), PNT (D), PNT+FG injection (F), PNT+MDSC injection (M), and PNT+MDSC+FG injection (FM). Each group was subdivided into 1- and 4-week groups. One and 4 weeks after injection into the proximal urethra, leak point pressure (LPP) was measured to assess urethral resistance function. Histology and immunohistochemistry were performed 4 weeks after injection. LPP was increased significantly in FM and M animals after implantation compared to group D (P < 0.01), but was not different from group S. LPP was slightly higher in the FM group than in the M group but there was no significant difference between them at different times. Histological and immunohistochemical examination demonstrated increased numbers of surviving MDSCs (109 ± 19 vs 82 ± 11/hpf, P = 0.026), increased muscle/collagen ratio (0.40 ± 0.02 vs 0.34 ± 0.02, P = 0.044), as well as increased microvessel density (16.9 ± 0.6 vs 14.1 ± 0.4/hpf, P = 0.001) at the injection sites in FM compared to M animals. Fibrin glue may potentially improve the action of transplanted MDSCs to restore the histology and function of the urethral sphincter in a SUI rat model. Injection of MDSCs with fibrin glue may provide a novel cellular therapy method for SUI.

Evidence for the endophytic colonization of Phaseolus vulgaris(common bean) roots by the diazotroph Herbaspirillum seropedicae

Herbaspirillum seropedicae is an endophytic diazotrophic bacterium, which associates with important agricultural plants. In the present study, we have investigated the attachment to and internal colonization of Phaseolus vulgaris roots by the H. seropedicae wild-type strain SMR1 and by a strain of H. seropedicae expressing a red fluorescent protein (DsRed) to track the bacterium in the plant tissues. Two-day-old P. vulgaris roots were incubated at 30°C for 15 min with 6 x 10(8) CFU/mL H. seropedicae SMR1 or RAM4. Three days after inoculation, 4 x 10(4) cells of endophytic H. seropedicae SMR1 were recovered per gram of fresh root, and 9 days after inoculation the number of endophytes increased to 4 x 10(6) CFU/g. The identity of the recovered bacteria was confirmed by amplification and sequencing of the 16SrRNA gene. Furthermore, confocal microscopy of P. vulgaris roots inoculated with H. seropedicae RAM4 showed that the bacterial cells were attached to the root surface 15 min after inoculation; fluorescent bacteria were visible in the internal tissues after 24 h and were found in the central cylinder after 72 h, showing that H. seropedicae RAM4 is capable of colonizing the roots of the dicotyledon P. vulgaris. Determination of dry weight of common bean inoculated with H. seropedicae SMR1 suggested that this bacterium has a negative effect on the growth of P. vulgaris.

Construction of a recombinant adenovirus co-expressing truncated human prostate-specific membrane antigen and mouse 4-1BBL genes and its effect on dendritic cells

Our aim was to construct a recombinant adenovirus co-expressing truncated human prostate-specific membrane antigen (tPSMA) and mouse 4-1BBL genes and to determine its effect on dendritic cells (DCs) generated from bone marrow suspensions harvested from C57BL/6 mice for which the effect of 4-1BBL on DCs is not clear, especially during DCs processing tumor-associated antigen. Replication deficient adenovirus AdMaxTM Expression System was used to construct recombinant adenovirus Ad-tPSMA-internal ribosome entry site-mouse 4-1BBL (Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL) and Ad-enhanced green fluorescent protein. Day 7 proliferating DC aggregates generated from C57BL/6 mice were collected as immature DCs and further mature DCs were obtained by lipopolysaccharide activated immature DCs. After DCs were exposed to the recombinant adenovirus with 250 multiplicity of infection, the expression of tPSMA and m4-1BBL proteins were detected by Western blot, and the apoptosis and phenotype of DCs were analyzed by flow cytometry. Cytokines (IL-6 and IL-12) in the supernatant were detected by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). Proliferation of T cells was detected by allogeneic mixed lymphocyte reactions. The tPSMA and m4-1BBL proteins were expressed correctly. The apoptosis rate of DCs transfected with Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL was 14.6%, lower than that of control DCs. The expression of co-stimulatory molecules [CD80 (81.6 ± 5.4%) and CD86 (80.13 ± 2.81%)] up-regulated in Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL-pulsed DCs, and the level of IL-6 (3960.2 ± 50.54 pg/mL) and IL-12 (249.57 ± 12.51 pg/mL) production in Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL-transduced DCs were significantly higher (P < 0.05) than those in control DCs. Ad-tPSMA-IRES-m4-1BBL induced higher T-cell proliferation (OD450 = 0.614 ± 0.018), indicating that this recombinant adenovirus can effectively enhance the activity of DCs.

The N-terminal 33 amino acid domain of Siva-1 is sufficient for nuclear localization

Siva-1 induces apoptosis in multiple pathological processes and plays an important role in the suppression of tumor metastasis, protein degradation, and other functions. Although many studies have demonstrated that Siva-1 functions in the cytoplasm, a few have found that Siva-1 can relocate to the nucleus. In this study, we found that the first 33 amino acid residues of Siva-1 are required for its nuclear localization. Further study demonstrated that the green fluorescent protein can be imported into the nucleus after fusion with these 33 amino acid residues. Other Siva-1 regions and domains showed less effect on Siva-1 nuclear localization. By site-mutagenesis of all of these 33 amino acid residues, we found that mutants of the first 1-18 amino acids affected Siva-1 nuclear compartmentalization but could not complete this localization independently. In summary, we demonstrated that the N-terminal 33 amino acid residues were sufficient for Siva-1 nuclear localization, but the mechanism of this translocation needs additional investigation.

Bone marrow mesenchymal stem cells overexpressing human basic fibroblast growth factor increase vasculogenesis in ischemic rats

Administration or expression of growth factors, as well as implantation of autologous bone marrow cells, promote in vivo angiogenesis. This study investigated the angiogenic potential of combining both approaches through the allogenic transplantation of bone marrow-derived mesenchymal stem cells (MSCs) expressing human basic fibroblast growth factor (hbFGF). After establishing a hind limb ischemia model in Sprague Dawley rats, the animals were randomly divided into four treatment groups: MSCs expressing green fluorescent protein (GFP-MSC), MSCs expressing hbFGF (hbFGF-MSC), MSC controls, and phosphate-buffered saline (PBS) controls. After 2 weeks, MSC survival and differentiation, hbFGF and vascular endothelial growth factor (VEGF) expression, and microvessel density of ischemic muscles were determined. Stable hbFGF expression was observed in the hbFGF-MSC group after 2 weeks. More hbFGF-MSCs than GFP-MSCs survived and differentiated into vascular endothelial cells (P<0.001); however, their differentiation rates were similar. Moreover, allogenic transplantation of hbFGF-MSCs increased VEGF expression (P=0.008) and microvessel density (P<0.001). Transplantation of hbFGF-expressing MSCs promoted angiogenesis in an in vivo hind limb ischemia model by increasing the survival of transplanted cells that subsequently differentiated into vascular endothelial cells. This study showed the therapeutic potential of combining cell-based therapy with gene therapy to treat ischemic disease.

A glycoprotein E gene-deleted bovine herpesvirus 1 as a candidate vaccine strain

A bovine herpesvirus 1 (BoHV-1) defective in glycoprotein E (gE) was constructed from a Brazilian genital BoHV-1 isolate, by replacing the full gE coding region with the green fluorescent protein (GFP) gene for selection. Upon co-transfection of MDBK cells with genomic viral DNA plus the GFP-bearing gE-deletion plasmid, three fluorescent recombinant clones were obtained out of approximately 5000 viral plaques. Deletion of the gE gene and the presence of the GFP marker in the genome of recombinant viruses were confirmed by PCR. Despite forming smaller plaques, the BoHV-1△gE recombinants replicated in MDBK cells with similar kinetics and to similar titers to that of the parental virus (SV56/90), demonstrating that the gE deletion had no deleterious effects on replication efficacy in vitro. Thirteen calves inoculated intramuscularly with BoHV-1△gE developed virus neutralizing antibodies at day 42 post-infection (titers from 2 to 16), demonstrating the ability of the recombinant to replicate and to induce a serological response in vivo. Furthermore, the serological response induced by recombinant BoHV-1△gE could be differentiated from that induced by wild-type BoHV-1 by the use of an anti-gE antibody ELISA kit. Taken together, these results indicated the potential application of recombinant BoHV-1 △gE in vaccine formulations to prevent the losses caused by BoHV-1 infections while allowing for differentiation of vaccinated from naturally infected animals.

Melanosomal targeting sequences from gp100 are essential for MHC class II-restricted endogenous epitope presentation and mobilization to endosomal compartments

CD4+ T lymphocytes play an important role in CD8+ T cell-mediated responses against tumors. Considering that about 20% of melanomas express major histocompatibility complex (MHC) class II, it is plausible that concomitant antigenic presentation by MHC class I and class II complexes shapes positive (helper T cells) or negative (regulatory T cells) anti-tumor responses. Interestingly, gp100, a melanoma antigen, can be presented by both MHC class I and class II when expressed endogenously, suggesting that it can reach endosomal/MHC class II compartments (MIIC). Here, we demonstrated that the gp100 putative amino-terminal signal sequence and the last 70 residues in carboxy-terminus, are essential for MIIC localization and MHC class II presentation. Confocal microscopy analyses confirmed that gp100 was localized in LAMP-1+ endosomal/MIIC. Gp100-targeting sequences were characterized by deleting different sections in the carboxy-terminus (residues 590 to 661). Transfection in 293T cells, expressing MHC class I and class II molecules, revealed that specific deletions in carboxy-terminus resulted in decreased MHC class II presentation, without effects on MHC class I presentation, suggesting a role in MIIC trafficking for these deleted sections. Then, we used these gp100-targeting sequences to mobilize the green fluorescent protein (GFP) to endosomal compartments, and to allow MHC class II and class I presentation of minimal endogenous epitopes. Thus, we concluded that these specific sequences are MIIC targeting motifs. Consequently, these sequences could be included in expression cassettes for endogenously expressed tumor or viral antigens to promote MHC class II and class I presentation and optimize in vivo T cell responses, or as an in vitro tool for characterization of new MHC class II epitopes.

Assemblage oligomérique des récepteurs couplés aux protéines G avec les RAMPs

Les récepteurs couplés aux protéines G (RCPGs) constituent la plus grande classe de récepteurs membranaires impliqués dans la transmission des signaux extracellulaires. Traditionnellement, la transmission de la signalisation par les RCPGs implique l’activation d’une protéine G hétéro-trimérique qui pourra à son tour moduler l’activité de divers effecteurs intracellulaires. Ce schéma classique de signalisation s’est complexifié au fils des années et l’on sait maintenant qu’en plus d’interagir avec les protéines G, les RCPGs s’associent avec une panoplie d’autres protéines afin de transmettre adéquatement les signaux extracellulaires. En particulier, la découverte d’une famille de protéines transmembranaires modulant la fonction des RCPGs, baptisées protéines modifiant l’activité des récepteurs (« receptor activity-modifying proteins » ; RAMPs), a changé la façon de concevoir la signalisation par certains RCPGs. Dans le cas du récepteur similaire au récepteur de la calcitonine (« calcitonin-like receptor » ; CLR), l’association avec les RAMPs permet l’acheminement à la surface cellulaire du récepteur tout en modulant ses propriétés pharmacologiques. Lorsqu’il est associé avec RAMP1, le CLR fonctionne comme un récepteur du peptide relié au gène de la calcitonine (« calcitonin gene-related peptide » ; CGRP), alors qu’il devient un récepteur de l’adrénomedulline lorsqu’il interagit avec RAMP2 ou RAMP3. D’autre part, en plus d’interagir avec des protéines accessoires transmembranaires telles les RAMPs, les RCPGs peuvent aussi s’associer entre eux pour former des oligomères de récepteurs. Dans cette thèse, nous nous sommes penchés sur les interactions entre les RCPGs et les RAMPs, et plus particulièrement sur l’interrelation entre ce type d’association RCPG/RAMP et l’assemblage en oligomères de récepteurs, en utilisant le récepteur du CGRP comme modèle d’étude. Une première étude nous a tout d’abord permis de confirmer l’interaction entre le récepteur CLR et RAMP1, dans un contexte de cellules vivantes. Nous avons démontré que ce complexe CLR/RAMP1 active la protéine G et recrute la protéine de signalisation -arrestine suite à une stimulation par le CGRP. Ensuite, nous avons déterminé que même s’il doit obligatoirement former un hétéro-oligomère avec les RAMPs pour être actif, le CLR conserve malgré tout sa capacité à interagir avec d’autres RCPGs. En plus d’observer la présence d’homo-oligomère de CLR, nous avons constaté que tout comme les RCPGs, les RAMPs peuvent eux-aussi s’associer entre eux pour former des complexes oligomériques pouvant comprendre différents sous-types (RAMP1/RAMP2 et RAMP1/RAMP3). Cette observation de la présence d’homo-oligomères de CLR et de RAMP1, nous a amené à nous questionner sur la stœchiométrie d’interaction du complexe CLR/RAMP1. Dans une deuxième étude ayant pour but d’établir la composition moléculaire du récepteur CGRP1 in vivo, nous avons développé une nouvelle approche permettant l’étude de l’interaction entre trois protéines dans un contexte de cellules vivantes. Cette technique baptisée BRET/BiFC, est basée sur le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence entre un donneur luminescent, la Renilla luciférase, et un accepteur fluorescent, la protéine fluorescente jaune (YFP), reconstituée suite au ré-assemblage de ces deux fragments. En utilisant cette approche, nous avons pu déterminer que le récepteur CGRP1 est constitué d’un homo-oligomère de CLR interagissant avec un monomère de RAMP1. En démontrant un assemblage oligomérique asymétrique pour le récepteur CGRP1 à partir d’une nouvelle approche biophysique, nous croyons que les travaux présentés dans cette thèse ont contribué à élargir nos connaissances sur le fonctionnement de la grande famille des RCPGs, et seront utile à la poursuite des recherches sur les complexes protéiques impliqués dans la signalisation.

Étude moléculaire de la formation de complexes protéiques impliqués dans la signalisation des récepteurs couplés aux protéines G

La communication cellulaire est un phénomène important pour le maintien de l’homéostasie des cellules. Au court des dernières années, cette sphère de recherche sur la signalisation cellulaire a connue des avancées importantes au niveau de l’identification des acteurs principaux impliqués dans la reconnaissance extracellulaire des signaux, ainsi que la compréhension des voies de signalisation engagées par les cellules pour répondre aux facteurs extracellulaires. Malgré ces nouvelles informations, les diverses interrelations moléculaires entre les acteurs ainsi que les voies de signalisation cellulaire, demeurent mal comprises. Le transfert d’énergie de résonance de bioluminescence (BRET) permet la mesure d’interactions protéiques et peut être utilisé dans deux configurations, le BRET480-YFP (connu aussi comme le BRET1) et le BRET400-GFP (connu aussi en tant que BRET2). Suite à l’oxydation de son substrat, la luciférase de renilla peut transférer son énergie à une protéine fluorescente, uniquement si elles sont à proximité l’une de l’autre (≤100Å). La combinaison dans un seul essai des BRET480-YFP et BRET400-GFP, a permis de suivre trois paires d’interactions, sur une même population cellulaire. Par contre, l’utilisation de deux substrats pour la réaction de bioluminescence rend impossible la mesure simultanée des différents signaux de BRET, pour ce trois nouvelles configurations de BRET ont été mises au point en utilisant des nouvelles protéines fluorescentes. Ainsi deux des nouvelles couleurs de BRET ayant des émissions résolues, le BRET400-BFP et le BRET400mAmetrine ont pu être combinées pour mesurer l’engagement par un RCPG d’une protéine G, ainsi que l’accumulation du second messager. La combinaison de ces BRET a également permis de révéler la formation d’un complexe entre le récepteur α2A adrénergique (α2AAR), Gαi1, le dimère Gβγ ainsi que la kinase des récepteurs couplés aux protéines G (GRK2), suite à l’activation du récepteur. De plus, seule l’entrée de GRK2 semble être en mesure de causer la désensibilisation du α2AAR, en s’intercalant entre Gαi1 et Gβγ. Par contre, la stabilisation de l’interaction entre α2AAR et la β-arrestine2 semble nécessiter l’activité kinase de GRK2. Une autre étude a révélé l’importance de différentes Gα pour la mobilisation du calcium, suite à l’activation du récepteur aux opioïdes de type delta (DOR). Suite à la surexpression de Gα de la famille Gαq, il a été possible de mesurer une influence de ces Gα sur la mobilisation du calcium. Toutefois, cette réponse calcique mesurée en présence des Gαq demeure sensible aux prétraitements à la toxine de Bordetella pertussis, qui inhibe sélectivement l’activité des Gαi. De plus, la co-expression de Gαi et Gαq permet de potentialiser la mobilisation de calcium, démontrant une interrelation entre ces deux familles de protéine Gα, pour la signalisation du DOR. Afin de démontrer l’interrelation directe, des expériences de BRET ont été réalisées entre différentes Gα. En plus de montrer la formation de complexes sélectifs entre les Gα, les expériences de BRET réalisées en parallèle d’analyses de séquences de Gα, ont également mis à jour un site de sélectivité d’interaction entre les Gα, l’hélice α4. Suite à la transposition de cette hélice α4 de Gα12 sur Gαi1, qui normalement n’interagissent pas, il a été possible de forcer l’interaction entre Gα12 et Gαi1, confirmant ainsi que cette hélice α contient l’information permettant une sélectivité d’interaction. Au cours de cette thèse, il a été possible de générer de nouvelles méthodes de mesure d’interactions protéiques qui permettent de multiplexer différents signaux, ce qui a permis de mettre à jour de nouvelles interactions entre divers effecteurs de la signalisation de RCGP

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.

Étude fonctionnelle de l’opéron fimbriaire stg de Salmonella enterica sérovar Typhi

La bactérie Salmonella enterica sérovar Typhi (S. Typhi) provoque la fièvre typhoïde chez les humains et constitue un problème de santé publique important. La majorité de nos connaissances sur la pathogenèse de cette bactérie provient du modèle de fièvre entérique chez la souris causée par le sérovar Typhimurium. Peu d’études se sont penchées sur les facteurs de virulence uniques au sérovar Typhi, ni sur la possibilité que les pseudogènes retrouvés dans son génome puissent être fonctionnels. Le fimbria stg, unique au sérovar Typhi, renferme un codon d’arrêt TAA prématuré dans le gène stgC qui code pour le placier responsable de l’assemblage des sous-unités fimbriaires à la surface de la bactérie. Ainsi, le fimbria stg a été classifié dans la liste des pseudogènes non-fonctionnels. Les objectifs de cette étude étaient d’évaluer l’implication du fimbria stg lors de l’interaction avec les cellules humaines, puis de vérifier l’importance du pseudogène stgC lors de la biogenèse fimbriaire. Dans une première partie, la transcription de stg a été évaluée à l’aide d’une fusion lacZ. Malgré des niveaux d’expression observés généralement faibles en milieu riche, la croissance en milieu minimal a favorisé la transcription de l’opéron. La délétion complète de l’opéron fimbriaire stgABCD du génome de S. Typhi a été réalisée par échange allélique, puis a été complémentée sur un plasmide. Il a été démontré que la présence de stg chez S. Typhi, S. Typhimurium et E. coli contribue à une adhérence accrue sur les cellules épithéliales humaines. De plus, ce fimbria semble agir comme une structure anti-phagocytaire lors de l’interaction avec des macrophages humains. Ainsi, l’opéron stg semble fonctionnel, malgré son codon d’arrêt prématuré, puisque des phénotypes ont été observés. La seconde partie de cette étude consistait à vérifier le rôle joué par le pseudogène stgC dans la biogenèse du fimbria. Différentes variantes de l’opéron ont été générées, clonées dans un vecteur inductible à l’arabinose, puis transformées dans la souche afimbriaire d’E. coli ORN172. La translocation de la sous-unité fimbriaire StgD à la surface de la bactérie a été évaluée chez ces différents mutants par immunobuvardage de type Western. Cette expérience a permis de démontrer que le pseudogène stgC est essentiel pour l’exportation de la sous-unité StgD à la surface. L’ajout d’une étiquette de 6-histidines en C-terminal de StgC a permis de confirmer la traduction complète du gène, malgré le codon d’arrêt TAA prématuré. Le séquençage peptidique a révélé l’insertion d’une tyrosine à ce codon. Une fusion traductionnelle avec la protéine verte fluorescente a révélé qu’environ 0.8% de l’ARNm peut être traduit et permet la production complète du placier. Ce projet a permis la caractérisation d’un facteur de virulence unique à S. Typhi et constitue une étape de plus vers la compréhension de ses mécanismes de pathogenèse. Il s’agit de la première démonstration chez les bactéries de la fonctionnalité d’un gène interrompu prématurément par un codon d’arrêt TAA.

Étude du trafic cellulaire de la convertase de proprotéine PCSK9 responsable de la dégradation du récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR)

Les maladies cardiovasculaires (MCV) sont la principale cause de mortalité dans les pays industrialisés. L'hypercholestérolémie constitue un facteur de risque majeur pour les MCV. Elle est caractérisée par des niveaux élevés de lipoprotéines de faible densité (LDL, aussi appelé “mauvais cholestérol”). La présence prolongée de haut niveaux de LDL dans la circulation augmente le risque de formation de plaques athérosclérotiques, ce qui peut conduire à l'obstruction des artères et l'infarctus du myocarde. Le LDL est normalement extrait du sang par sa liaison au récepteur du LDL (LDLR) qui est responsable de son endocytose dans les hépatocytes. Des études génétiques humaines ont identifié PCSK9 (proprotein convertase subtilisin/kexin type 9) comme le troisième locus responsable de l'hypercholestérolémie autosomique dominante après le LDLR et son ligand l’apolipoprotéine B-100. PCSK9 interagit avec le LDLR et induit sa dégradation, augmentant ainsi les niveaux plasmatiques de LDL. Les mutations gain de fonction (GF) de PCSK9 sont associées à des niveaux plasmatiques élevés de LDL et à l'apparition précoce des MCV, alors que les mutations perte de fonction (PF) de PCSK9 diminuent le risque de MCV jusqu’à ~ 88% grâce à une réduction du LDL circulant. De ce fait, PCSK9 constitue une cible pharmacologique importante pour réduire le risque de MCV. PCSK9 lie le LDLR à la surface cellulaire et/ou dans l'appareil de Golgi des hépatocytes et provoque sa dégradation dans les lysosomes par un mécanisme encore mal compris. Le but de cette étude est de déterminer pourquoi certaines mutations humaines de PCSK9 sont incapables de dégrader le LDLR tandis que d'autres augmentent sa dégradation dans les lysosomes. Plusieurs mutations GF et PF de PCSK9 ont été fusionnées à la protéine fluorecente mCherry dans le but d'étudier leur mobilité moléculaire dans les cellules hépatiques vivantes. Nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence après photoblanchiment (FRAP) ont montré que les mutations GF (S127R et D129G) avaient une mobilité protéique plus élevée (> 35% par rapport au WT) dans le réseau trans- Golgien. En outre, nos analyses quantitatives de recouvrement de fluorescence inverse après photoblanchiment (iFRAP) ont montré que les mutations PF de PCSK9 (R46L) avaient une mobilité protéique plus lente (<22% par rapport au WT) et une fraction mobile beaucoup plus petite (<40% par rapport au WT). Par ailleurs, nos analyses de microscopie confocale et électronique démontrent pour la toute première fois que PCSK9 est localisée et concentrée dans le TGN des hépatocytes humains via son domaine Cterminal (CHRD) qui est essentiel à la dégradation du LDLR. De plus, nos analyses sur des cellules vivantes démontrent pour la première fois que le CHRD n'est pas nécessaire à l'internalisation de PCSK9. Ces résultats apportent de nouveaux éléments importants sur le mécanisme d'action de PCSK9 et pourront contribuer ultimement au développement d'inhibiteurs de la dégradation du LDLR induite par PCSK9.

Mécanismes moléculaires régulant la pathologie dendritique dans la rétine adulte lésée in vivo

Les dendrites sont essentielles pour la réception et l’intégration des stimuli afférents dans les neurones. De plus en plus d’évidences d’une détérioration dendritique sont associées à une axonopathie dans les maladies neurodégénératives. Le glaucome dont la physiopathologie est caractérisée par une détérioration progressive et irréversible des cellules ganglionnaires de la rétine (CGRs) est la première cause de cécité irréversible dans le monde. Son évolution est associée à un amincissement graduel des axones et à l’atrophie des somas des CGRs. La majorité des études de neuroprotection des neuropathies rétiniennes visent la survie et la protection des somas et des axones. Des études récentes ont démontré des changements dendritiques associés à cette pathologie, toutefois les mécanismes moléculaires les régulant sont méconnus. L’hypothèse principale de ma thèse stipule qu’une lésion axonale entraîne des altérations précoces des structures dendritiques. L’identification de voies de signalisation régulant ces changements permettrait d’élaborer des stratégies de neuroprotection et de rétablir la fonction de ces neurones. Dans la première étude, nous avons examiné l’effet précoce d’une lésion axonale aigüe sur la morphologie dendritique des CGRs in vivo. En utilisant des souris transgéniques exprimant la protéine fluorescente jaune (YFP) soumises à une axotomie, nous avons démontré un rétrécissement de l’arbre dendritique des CGRs et une diminution sélective de l’activité de mTOR avant le début de la mort des CGRs lésées. Aussi nous avons démontré une augmentation de l’expression de la protéine Regulated in development and DNA damage response 2 (REDD2), un régulateur négatif en amont de la protéine mTOR en réponse à la lésion du nerf optique in vivo. Nous avons démontré que la réactivation de mTOR par l’inhibition de l’expression de REDD2 préserve les arbres dendritiques des CGRs adultes. En effet, l’injection de petits ARN d’interférence contre la REDD2 (siREDD2) stimule l’activité de mTOR dans les CGRs lésées et augmente significativement la longueur et la surface dendritique totale. De plus, la rapamycine, un inhibiteur de mTOR, inhibe complètement l’effet du siREDD2 sur la croissance et l’élaboration des dendrites. L’analyse électrophysiologique des CGRs démontre une augmentation de l’excitabilité des CGRs lésées qui est restaurée en présence du siREDD2. Par ailleurs, des données récentes ont mis en évidence l’implication de la neuro-inflammation dans le glaucome, caractérisée par une augmentation de cytokines pro-inflammatoires dont principalement le facteur de nécrose tumorale (TNFα). Ainsi dans la deuxième étude nous avons examiné l’effet du TNF exogène sur la morphologie de l’arbre dendritique des CGRs et commencé l’étude des mécanismes moléculaires sous-jacents à ces changements. Nos résultats démontrent que l’injection de TNF recombinante dans le vitrée induit une rétraction dendritique précoce qui corrèle à une réduction de phospho-S6 suggérant l’implication de mTOR dans ces CGRs lésées. Ainsi, les études présentées dans cette thèse mettent en évidence un nouveau rôle de mTOR dans la stabilité et le maintien des dendrites de neurones rétiniennes adultes. Ces études ont aussi démontré l’effet précoce de stress direct ou indirect, c’est-à-dire l’axotomie et le TNFα respectivement sur la pathologie dendritique et sur leur effet sur la fonction neuronale.